型钢连接装配式混凝土异形柱抗震性能研究

作     者：钱昕 

作者单位：上海应用技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵娟;徐春丽

授予年度：2022年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：装配式建筑 异形柱 型钢节点 低周往复荷载 有限元数值模拟 

摘      要：装配式混凝土结构是目前建筑工业化政策推行的主要结构形式,符合国家绿色可持续发展的理念,当前装配式混凝土结构体系正广泛用于工业与民用建筑,特别是住宅建筑中。异形柱结构应用于建筑内可避免柱楞在屋内凸出,有增强室内美观性、增大建筑室内面积等优点,为建筑设计与室内装修带来极大的便利性,因此多用于住宅建筑之中。将异形柱结构和装配式混凝土结构结合起来,可将装配式建筑的绿色理念引入异形柱结构体系中,是建筑工业化推进的重要步骤。针对装配式混凝土异形柱的连接方式,本文提出一种型钢连接节点,即通过预埋的正交双H型钢焊接连接完成十字形异形柱预制柱的装配,进而对该种型钢连接预制混凝土异形柱开展抗震性能试验以及有限元分析研究。本文以十字形异形柱为原型,设计制作了三个试件,分别为两个型钢连接装配式混凝土十字形异形柱试件（ZP-1、ZP-2）和一个现浇混凝土十字形异形柱试件（XJ-1）,分别对三个试件进行低周往复加载试验,对比分析钢筋应变、试件骨架曲线、滞回曲线、耗能能力、延性等多项性能指标,进而研究型钢连接装配式混凝土异形柱节点可靠性及整体抗震性能,分析型钢节点的设置对混凝土异形柱抗震性能的影响,以及轴压比对装配式异形柱抗震性能的影响。同时利用ABAQUS软件进行有限元模拟分析,总结出对装配式混凝土异形柱抗震性能影响显著的关键参数。最终结合试验与有限元模拟结果,结合规范给出相关节点的设计建议。具体得出结论如下:（1）与现浇异形柱相比,型钢节点提升了装配式混凝土异形柱初始刚度,且极限承载力有所提高,但刚度退化速度加快,变形能力较差,但耗能能力优于现浇异形柱,滞回曲线总体趋势与现浇异形柱近似。由此说明:型钢连接装配式混凝土异形柱与现浇异形柱抗震性能相近,型钢节点连接可靠,不早于构件发生破坏,可作为装配式异性混凝土柱的有效连接形式。（2）随着型钢连接装配式混凝土异形柱试件所受轴压比提高,其极限承载力略有提升,初始刚度增加,试件前期耗能能力提升,但峰值点后承载力下降加快,变形能力降低,试件破坏较早。（3）型钢节点装配混凝土异形柱的有限元模拟滞回曲线与试验结果曲线吻合度较高,验证了所建有限元模型的合理性和可行性。通过设计参数分析表明:型钢节点位置、节点板厚度、轴压比、配箍率对装配式异形柱抗震性能影响显著。其中,改变型钢节点板的厚度可以改变试件破坏模式,型钢节点板厚度越大,节点强度越高,试件整体刚度提高,而当型钢节点板厚度越小时,节点将趋向先于混凝土柱发生破坏。（4）型钢连接十字形混凝土异形柱抗弯承载力计算公式,利用试验验证了公式的准确性;结合试验与有限元模拟的结果,针对此类型钢节点给出设计建议和计算方法,为此类结构的实际使用提供依据。