超高層鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)中的梁-墻節(jié)點(diǎn)研究.pdf

1、作為一種比較理想的抗側(cè)力體系，同時具有良好的經(jīng)濟(jì)性，混合結(jié)構(gòu)在我國超高層建筑結(jié)構(gòu)中被廣泛采用。梁—墻節(jié)點(diǎn)是混合結(jié)構(gòu)超高層中最常用的節(jié)點(diǎn)形式之一，而鉸接是這種節(jié)點(diǎn)在設(shè)計時主要連接方式。1994年美國北嶺地震和1995年日本神戶地震這種節(jié)點(diǎn)的破壞程度和破壞形式表明這種鉸接節(jié)點(diǎn)抗震性能較差。本文針對超高層鋼—混凝土混合結(jié)構(gòu)中的梁—墻節(jié)點(diǎn)，開展了以下方面的研究：　　首先利用有限元分析程序?qū)Τ邔踊旌辖Y(jié)構(gòu)整體地震反應(yīng)進(jìn)行了計算分析，以了解梁—墻

2、節(jié)點(diǎn)在地震作用下的實(shí)際受力狀態(tài)；分析影響節(jié)點(diǎn)受力狀態(tài)的主要因素；從而為更準(zhǔn)確地研究節(jié)點(diǎn)性能提供參數(shù)和依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，在地震(基本烈度和罕遇地震)作用下，與混凝土剪力墻交接處的組合樓板的混凝土?xí)霈F(xiàn)開裂，而現(xiàn)有的有限元程序都很難直接分析混凝土開裂后節(jié)點(diǎn)受力狀態(tài)的變化。為此，本文通過在樓板與剪力墻之間開縫，利用彈簧單元模擬鋼筋作用的方法分析樓板開裂時節(jié)點(diǎn)受力的變化。分析表明，在樓板開裂后，部分在開裂前通過樓板傳遞的水平和豎向剪力轉(zhuǎn)由鋼梁傳遞

3、，節(jié)點(diǎn)處鋼梁內(nèi)力會成倍增加。增加的幅度與樓板的厚度、鋼梁間距、鋼梁跨度有關(guān)。同時文中還分析了不同樓板假定對節(jié)點(diǎn)內(nèi)力計算結(jié)果的影響；節(jié)點(diǎn)連接方式、節(jié)點(diǎn)位置等因素對節(jié)點(diǎn)內(nèi)力的影響等?！　≡趯Τ邔踊旌辖Y(jié)構(gòu)整體進(jìn)行計算分析，以及對梁—墻節(jié)點(diǎn)設(shè)計和施工特點(diǎn)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，本文提出了對超高層混合結(jié)構(gòu)中梁—墻節(jié)點(diǎn)的改進(jìn)設(shè)計模型。改進(jìn)的設(shè)計模型可以承受彎矩(可以稱為半剛接節(jié)點(diǎn))。改進(jìn)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計模型具有兩個明顯的特點(diǎn)，第一是將預(yù)埋于混凝土墻中的

4、連接件的抗拉和抗剪功能分開，設(shè)置專門的錨固連接件；第二是在鋼梁上下翼緣部位增加鋼板連接件承受鋼梁傳遞來的彎矩，同時避免組合樓板的混凝土開裂后，在梁墻連接處的鋼梁截面最薄弱(其他部位鋼梁與樓板可考慮共同作用)。　　為了分析了解改進(jìn)節(jié)點(diǎn)模型的性能，本文進(jìn)行了五組對比模型試驗(yàn)，試驗(yàn)對節(jié)點(diǎn)在梁端豎向施加反復(fù)荷載，水平向加載單調(diào)遞增，同時通過預(yù)應(yīng)力加載模擬剪力墻處于實(shí)際結(jié)構(gòu)中的受壓狀態(tài)。試驗(yàn)分析結(jié)果表明，改進(jìn)后的節(jié)點(diǎn)設(shè)計模型具有較好的承受彎矩能

5、力和延性，同時具有一定的耗能能力?！　≡诠?jié)點(diǎn)模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本文采用有限元程序ANSYS對節(jié)點(diǎn)的非線性性能進(jìn)行了分析計算，分析中除了考慮混凝土和鋼材材料的非線性本構(gòu)關(guān)系外，還考慮了鋼與混凝土之間的粘結(jié)和滑移，混凝土的開裂和壓碎，混凝土裂縫開裂、閉合時的剪力傳遞功能等。在對節(jié)點(diǎn)在豎向剪力反復(fù)作用下的破壞情況進(jìn)行計算分析同時，還研究了節(jié)點(diǎn)在水平方向反復(fù)荷載作用下的P-δ曲線的特點(diǎn)，剪力墻軸壓比對節(jié)點(diǎn)性能的影響等?！　∽詈?，本文對半剛接

6、節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)有限元分析程序中的計算方法進(jìn)行了分析探討。提出了通過調(diào)整單元剛度矩陣的方法將半剛接節(jié)點(diǎn)的特征反應(yīng)到計算程序中去，從而達(dá)到在程序中直接計算分析半剛接節(jié)點(diǎn)的目的。文中重點(diǎn)推導(dǎo)了節(jié)點(diǎn)的抗拉剛度和抗彎剛度；分析探討了節(jié)點(diǎn)錨固連接件的驗(yàn)算方法；并根據(jù)前面超高層混合結(jié)構(gòu)整體分析時得到的荷載值給出了節(jié)點(diǎn)剛度特點(diǎn)以及錨固連接件驗(yàn)算的具體算例；為了方便設(shè)計人員的使用，本文還將節(jié)點(diǎn)剛度推導(dǎo)和錨固連接件驗(yàn)算的過程通過編制的程序來實(shí)現(xiàn)。使整個半剛接節(jié)