预应力装配木框架耗能节点试验研究

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预应力装配式框架结构体系是通过预应力将梁和柱压接,使得预应力装配式节点有着较小的残余变形以及良好的抗震性能,从而实现结构功能的震后可恢复性。相对于预应力装配式混凝土结构,国内外关于预应力装配式木框架结构的研究处于起步阶段。本文通过节点试验和数值模拟,综合考虑了木材自身特性,聚焦于预应力装配式木梁柱节点,从节点局部承压增强方式和附加耗能装置的连接方式两方面,评估了预应力装配式木节点自复位和耗能性能,具体内容如下:(1)由于木材各向异性的影响,需要对预应力装配式梁柱节点局部承压区域进行增强。为此,本文设计了五种不同局部增强构造形式的预应力装配胶合木梁柱节点。通过拟静力加载试验对比分析了荷载-位移响应、节点变形模式、预应力损失变化以及中性轴位置变化。试验结果表明,预应力装配胶合木框架节点具有稳定的承载能力,采用“钢板-螺钉”组合形式增强节点局部承压区可显著提高预应力装配木框架节点强度和初始刚度、减小预应力损失。(2)为了进一步增强预应力装配式梁柱节点的耗能能力,本文在梁柱节点外侧设置附加耗能杆,耗能杆采用两种不同连接方式,构成预应力装配式木梁柱耗能节点。通过拟静力加载试验评估了耗能节点的荷载-位移响应、变形模式、预应力全过程变化与损失、中性轴位置变化以及节点等效阻尼比,对比分析了不同耗能杆连接方式对节点性能的影响。试验结果表明,采用钢板固定连接附加耗能杆的节点具有耗能良好、残余位移小、预应力损失可控的特点,加载过程中未出现强度退化等现象,且节点在不经修复直接二次加载下仍能保持足够的承载力和耗能能力。(3)基于ABAQUS和Open Sees软件分别建立了预应力装配木框架节点的三维精细化数值模型和二维平面模型,并利用试验结果对数值模型进行校正;基于有限元模型研究了节点柱内侧钢板尺寸、初始预应力大小以及耗能杆数量对节点性能的影响,为预应力装配式木框架节点设计提供依据。
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