装配式混凝土框架柱角钢螺栓连接节点抗震性能试验研究

作     者：杨伟涛 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王帆;刘付钧

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] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：装配式混凝土框架柱 角钢 高强螺栓 拟静力试验 抗震性能 

摘      要：建筑工业化是我国建筑行业发展的必经之路,具备节能减排、减少人力等优点的装配式建筑便是其中不可或缺的一部分。本文聚焦装配式混凝土竖向受力构件,提出一种角钢螺栓连接的装配框架柱节点形式,它受力性能良好、施工质量方便检测,角钢还能对节点核心区混凝土起到额外约束作用。选择角钢横截面积占比与构造钢筋连接方式作为变量参数,制作6个采用该种节点形式的装配混凝土柱试件Z1～Z6,和1个用作对比的现浇钢筋混凝土柱试件Z7。对7个试件开展拟静力试验,考察节点的抗震性能,后续使用有限元进行更深入的节点模拟研究,最终给出设计和施工建议。主要工作成果概括如下:1)7个试件的破坏方式类似,均为弯剪破坏。在破坏形态上装配试件和现浇试件有所不同,前者裂缝最先出现在后浇节点的接缝处,伴随着节点混凝土的开裂和脱落;现浇柱的破坏则主要体现在水平力方向的柱根混凝土保护层剥落。2)通过试验数据分析,对比滞回曲线、骨架曲线、延性水平、刚度退化、耗能能力等关键指标,发现7个试件的滞回曲线都呈现较为饱满的“弓形,新型角钢螺栓连接节点总体安全可靠,抗震性能和现浇柱相近。其中装配式柱极限刚度略优于现浇柱,而耗能能力略逊于现浇柱。3)大尺寸角钢双肢对所包围的核心区混凝土约束作用明显,而面积占比大的角钢上方箍筋容易因为缺少角钢支撑而发生拉伸变形突变,并导致周围混凝土压碎剥落,影响试件承载力和变形能力。4)高强螺栓连接的相邻角钢搭接牢靠,上、下角钢传力效果理想。大尺寸角钢试件在耗能能力和承载力退化方面相较小尺寸角钢试件表现更好,但峰值水平承载力和变形能力不如后者。此外在极限状态时大尺寸角钢相比小尺寸角钢屈服率更高。5)不同构造钢筋连接方式对试件抗震性能造成的影响较小,焊接和绑扎搭接各项表现正常,本文推荐绑扎搭接与角钢连接搭配使用。U形钢筋搭接在加载后期更易发生粘结失效,造成试件承载力偏小、正负峰值存在差距。6)使用ABAQUS对试件进行有限元模拟,所得模型破坏形态、混凝土损伤和承载力与实际情况接近,并验证了在角钢搭接段上方设置箍筋加密段,会显著提升角钢占比大的混凝土柱的承载能力和变形能力。7)提供节点构造在设计和施工上的优化建议,包括提高后浇节点的混凝土强度等级、临近角钢搭接处设立箍筋加密区、设置柱底抗滑移凹槽并灌浆加强、螺栓孔适当扩孔、将节点设置在梁底以上并与梁板一次现浇等措施。