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上环下内隔板梁柱节点承载力影响因素研究

上环下内隔板梁柱节点承载力影响因素研究

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作者：段辰旭山东建筑大学

学位级别：硕士

扁钢管混凝土柱是指柱截面高宽比为2～4的矩形钢管混凝土柱,由于扁钢管柱截面宽度与墙体相等,可以将其隐藏于墙体内部,达到节省使用空间、增加建筑美感的效果,然而由于扁钢管混凝土柱的截面尺寸小,采用内隔板节点将会造成混凝土灌注困... 详细信息

扁钢管混凝土柱是指柱截面高宽比为2～4的矩形钢管混凝土柱,由于扁钢管柱截面宽度与墙体相等,可以将其隐藏于墙体内部,达到节省使用空间、增加建筑美感的效果,然而由于扁钢管混凝土柱的截面尺寸小,采用内隔板节点将会造成混凝土灌注困难、承载力难以满足要求等问题,同时外环板节点与隐于墙内的初衷相违背,因此,为寻求一种既能隐于墙内,又能满足承载力要求、方便混凝土灌注的节点形式,本文提出了一种新型梁柱节点——上环下内隔板扁钢管梁柱节点,对其在静力荷载及往复荷载作用下的力学性能进行ABAQUS有限元分析,研究上环下内隔板扁钢管梁柱节点承载力的影响因素,对上环下内扁钢管梁柱节点的实际工程应用提出建议。首先,依据国内相关规范设计了上环下内隔板扁钢管梁柱节点试件尺寸,并进行弹性阶段的验算,验算结果满足要求,验证了上环下内隔板扁钢管梁柱节点的可行性。其次,对上环下内隔板扁钢管梁柱节点进行ABAQUS有限元模拟,对节点施加静力荷载和往复荷载,明确上环下内隔板扁钢管梁柱节点的传力机制和破坏机理,确定节点的承载力、延性和耗能能力等力学性能指标。ABAQUS有限元模拟结果表明,采用上环下内隔板扁钢管梁柱节点时,节点破坏晚于梁柱破坏,有力地证明了上环下内隔板梁柱节点的设计符合“强节点弱构件”的原则;上环下内隔板扁钢管梁柱节点的滞回曲线呈现饱满的梭形,骨架曲线关于原点形状较为对称,说明上环下内隔板扁钢管梁柱节点具有良好的抗震性能和耗能能力。然后,设计了内隔板厚度、内隔板开孔留边宽度及内隔板开双孔等三组不同参数的上环下内隔板扁钢管梁柱节点对比试件,利用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,研究了各个试件在静力荷载和往复荷载作用下的力学性能,探讨了三组参数对上环下内隔板扁钢管梁柱节点力学性能、延性和耗能能力、承载能力等的影响。分析结果表明:内隔板的厚度过小,会严重影响节点受力变形情况,提高内隔板厚度,可以提升上环下内隔板扁钢管梁柱节点承载力及抗震性能,但是当内隔板的厚度接近梁翼缘厚度时,继续增大内隔板厚度对节点性能影响不大,建议内隔板的厚度不宜过小,以大于梁翼缘厚度2mm为宜;内隔板弱轴留边宽度较小时,节点刚度较弱,此时增大内隔板弱轴方向的留边宽度,可显著提高节点承载力及抗震性能,当扁钢管柱的尺寸为160mm×400mm×14mm、H型钢梁尺寸为400mm×150mm×8mm×13mm时,内隔板的留边宽度达到25mm后,继续增加内隔板留边的宽度对承载力及抗震性能的提高效果不再显著;建议节点内隔板的留边宽度不宜小于20mm;若内隔板留边宽度无法增大,可以通过加厚内隔板或在内隔板上加横隔板来实现节点承载力及抗震要求。

关键词：扁钢管梁柱节点内隔板有限元分析节点承载力

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