新型装配式梁端加强与削弱并用节点抗震性能研究

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随着国民经济、国民素质日益提高,人们对绿色建筑、环保生态的社会概念深入内心,曾经的传统粗放型建筑由于会产生严重的环境污染、资源浪费现象已很难顺应时代发展,相比传统混凝土结构,装配式钢结构具有自重轻、抗震性能好、资源可回收、减少环境污染等优点,加工工厂可实现构件模块化、标准化生产,是解放劳动力、坚持可持续发展、绿色理念的必然选择。目前研究的框架梁柱节点多集中于加强型或削弱型单一领域,对增强与削弱并用型节点研究较少,而实际情况下增强与削弱并用型节点兼具增强型与削弱型二者优点,具有更加广阔的应用价值及应用前景。本文提出了一种新型装配式梁端加强与削弱并用连接节点,节点在柱端进行外环板件加强同时梁端翼缘采取狗骨式削弱,然后将该新型节点与其他三类节点(仅增强型节点、仅削弱型节点、既不增强也不削弱的普通节点)进行抗震性能对比,确定了该新型节点相较其他三类节点在地震荷载下巨大性能优势,最后改变梁柱节点几何参数,进行单参数分析,研究改变的几何单参数包括:梁翼缘狗骨式削弱长度、梁翼缘狗骨式削弱深度、方钢管柱壁厚、增设内隔板,对比不同变参量节点间抗震性能,得到以下主要结论:(1)四种类型节点(增强与削弱并用节点、仅增强节点、仅削弱节点、普通节点)滞回曲线均呈现出“纺锤形”,滞回环形状饱满外鼓,具备良好的抗震耗能能力,说明节点设计的合理性。以JD-1作为参考节点,JD-2滞回环面积、单一滞回环高度相比其略有降低,JD-3、JD-4滞回曲线面积及滞回环高度明显不及JD-1,且饱满程度不好,判定本文中设计的仅削弱型节点、普通节点在承载能力及变形能力、抗震耗能能力明显不如JD-1,凸显出本文设计的增强与削弱并用型节点在承载能力和变形耗能能力上明显优势。(2)将不同节点承载力峰值进行对比得出结论:增加外环板件可以大幅提高承载能力;梁翼缘狗骨式削弱截面设置一定程度上降低承载能力;梁翼缘狗骨式削弱截面削弱长度的增加对节点承载力峰值影响呈现先增后减趋势,但总体来看数值差异较小,说明该参数对承载力影响不大;梁翼缘狗骨式削弱截面削弱深度的增加明显削弱节点承载能力;方钢管柱壁厚的增加对节点承载能力有一定的增强,但增强并不明显;方钢管柱内隔板的增强对节点承载能力亦有明显提升。(3)方钢管柱壁厚的增加、柱内隔板增设、梁翼缘狗骨式截面削弱深度增加、梁翼缘狗骨式截面削弱长度增加皆提高能量耗散能力,其中削弱深度这一参数更为敏感,提高能量耗散能力效果最好。(4)节点破坏位置最终在外环板件翼缘与梁翼缘狗骨式截面端部交接的位置附近,节点构件屈服范围发展趋势类似,皆为首先在方钢管柱与外环板件接触区及梁端(或梁狗骨式削弱处)出现,随时间逐渐向四周辐射状延伸,并最终出现屈服范围的贯通。其中增强与削弱并用型节点由于狗骨式削弱截面的存在,节点破坏区从近柱端向梁狗骨式削弱截面处转移,可以有效转移塑性铰位置,更好地实现“强柱弱梁”抗震设计理念。(5)增强与削弱并用型节点具有震后可恢复的特点,在节点受荷全过程中,方钢管柱屈服面积较小,大部分柱区域未达到屈服应力,在地震后将柱屈服区域进行适当补焊并进行节点其余损坏构件更换即可完成震后快速修复。
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