型鋼混凝土T形柱-鋼梁空間節(jié)點的震損機制與計算理論.pdf

1、型鋼混凝土異形柱因其內置型鋼的增強作用而致使異形柱結構的適用范圍得到擴大。節(jié)點作為框架中的傳力樞紐，其性能的好壞將直接影響結構的整體受力行為。型鋼混凝土異形柱框架節(jié)點具有柱肢截面薄而細長、核心區(qū)配鋼配筋量大而擁擠、截面形狀不規(guī)則等特點，導致此類節(jié)點的內在傳力機制較傳統(tǒng)節(jié)點的復雜;更甚之處在于地震波作為一種隨機概率波，其作用于結構上的水平地震加速度具有二維雙向性，空間耦合性對型鋼混凝土節(jié)點的破壞行為有著重要影響。論文對型鋼混凝土T形柱-鋼

2、梁空間節(jié)點在地震作用下的受力性能、數(shù)值方法以及計算理論開展了深入研究，取得的主要研究成果如下:
　　(1)采用自主研發(fā)的加載裝置對10個型鋼混凝土T形柱-鋼梁空間節(jié)點進行了低周反復荷載試驗，得到了此類空間節(jié)點在受力全過程中的裂縫開展模式、最終破壞形態(tài)以及柱端水平荷載-位移滯回曲線、骨架曲線、核心區(qū)鋼材的應變狀態(tài)和相應的分布規(guī)律，比較分析了強度衰減、剛度退化、位移延性系數(shù)、層間位移角、耗能系數(shù)以及殘余變形等抗震性能指標，初步揭示了以

3、“弱節(jié)點”為設計準則的型鋼混凝土T形柱框架空間節(jié)點的破壞機理，為后續(xù)研究工作提供了翔實的試驗支撐。
　　(2)基于課題組前期完成的型鋼混凝土L形柱、十形柱-梁平面及空間節(jié)點和收集到的鋼管混凝土十形柱-鋼梁空間節(jié)點的抗震性能試驗成果，采用標準化計算方法對同類型節(jié)點的滯回特性和承載力進行統(tǒng)一分析，得到了一些具有共性的研究結論;在此基礎上，分別從承載能力、剛度、延性系數(shù)、耗能能力、層間位移角的角度建立了所有試件的抗震性能指標數(shù)據(jù)庫，為深

4、入開展基于性態(tài)的損傷分析奠定試驗依據(jù)。
　　(3)首先，根據(jù)課題組前期獲取的17個型鋼混凝土異形柱抗震性能試驗實測數(shù)據(jù)，建立了該類結構柱基于性態(tài)的抗震設計量化指標;采用基于變形和能量的雙重準則，結合異形柱結構的力學特性，通過引入組合系數(shù)的辦法，提出了適用于型鋼混凝土異形柱抗震性能演化分析的Park-Ang修正模型;通過控制損傷閥值，明確了型鋼混凝土異形柱在各性態(tài)水平下的地震損傷評估依據(jù)。其次，通過聯(lián)合課題組完成的型鋼混凝土異形柱框

5、架平面節(jié)點和空間節(jié)點的抗震性能試驗成果，在結合異形柱結構力學特性的基礎上，通過引入組合系數(shù)的辦法，提出了適用于型鋼混凝土異形柱框架節(jié)點地震損傷的Park-Ang修正模型，由此確立了節(jié)點組合系數(shù)的計算方法，并對各試驗影響因素進行了損傷演化分析。
　　(4)基于結構鋼的應力三軸度，發(fā)展了型鋼混凝土T形截面柱-鋼梁空間節(jié)點的數(shù)值模型，并驗證了數(shù)值模擬的可行性。在此基礎上，細化了試驗變化參數(shù)關于加載角度和軸壓比的影響，同時擴展了相應的分析

6、參數(shù)如混凝土強度等級、柱截面配鋼率（包括翼緣配鋼率和腹板配鋼率）、肢高肢厚比、剪跨比、梁高和正交梁系的高差，建立了此類新型空間節(jié)點受力性能指標的計算數(shù)據(jù)庫;并得到了加載角度對型鋼混凝土T形柱框架空間節(jié)點受剪承載力的影響，由此得出了相應的數(shù)學計算模型。
　　(5)通過已獲取的9個型鋼混凝土T形截面柱-混凝土梁平面節(jié)點和9個型鋼混凝土T形截面柱-鋼梁空間節(jié)點的低周反復加載試驗成果，提出了以屈服點、峰值點和破壞點為特征點并考慮剛度退化的

7、三折線型骨架曲線模型，給出了基于試驗參數(shù)的特征點值確定方法;根據(jù)試驗獲取的滯回特性，簡化了不同配鋼形式型鋼混凝土T形截面柱框架節(jié)點的滯回環(huán);通過引入基于損傷的循環(huán)退化指數(shù)對節(jié)點在反復荷載作用下的屈服荷載、最大荷載、卸載剛度以及再加載剛度等力學性能指標進行了退化描述，并建立了基于損傷效應的型鋼混凝土T形截面柱框架節(jié)點的恢復力模型。結合試驗結果，對恢復力模型的有效性進行了驗證。
　　(6)首先，分別采用疊加原理和彈性理論對型鋼混凝土T

8、形柱框架節(jié)點剪切開裂進行承載力推演分析;基于截面置換法，將實腹式配鋼節(jié)點核心區(qū)型鋼腹板的抗剪貢獻計入計算模型。基于所提出的計算方法，將其與試驗結果進行對比分析，得到結論為采用理論計算的剪切開裂承載力均大于試驗值，但疊加原理的計算值更加接近試驗結果，具有較好的工程精度。
　　其次，根據(jù)試驗和數(shù)值模擬成果，將加載角度引入并考慮其空間作用，提出了混凝土項基于斜壓桿理論的型鋼混凝土T形柱框架節(jié)點核心區(qū)受剪承載力計算模型，該模型計算結果比現(xiàn)