型鋼混凝土T形柱-鋼梁空間節(jié)點(diǎn)的震損機(jī)制與計(jì)算理論.pdf

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

2、梁空間節(jié)點(diǎn)在地震作用下的受力性能、數(shù)值方法以及計(jì)算理論開(kāi)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(duì)10個(gè)型鋼混凝土T形柱-鋼梁空間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，得到了此類空間節(jié)點(diǎn)在受力全過(guò)程中的裂縫開(kāi)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(yīng)變狀態(tài)和相應(yīng)的分布規(guī)律，比較分析了強(qiáng)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(biāo)，初步揭示了以

3、“弱節(jié)點(diǎn)”為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的型鋼混凝土T形柱框架空間節(jié)點(diǎn)的破壞機(jī)理，為后續(xù)研究工作提供了翔實(shí)的試驗(yàn)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(diǎn)和收集到的鋼管混凝土十形柱-鋼梁空間節(jié)點(diǎn)的抗震性能試驗(yàn)成果，采用標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算方法對(duì)同類型節(jié)點(diǎn)的滯回特性和承載力進(jìn)行統(tǒng)一分析，得到了一些具有共性的研究結(jié)論;在此基礎(chǔ)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(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，為深

4、入開(kāi)展基于性態(tài)的損傷分析奠定試驗(yàn)依據(jù)。
　　(3)首先，根據(jù)課題組前期獲取的17個(gè)型鋼混凝土異形柱抗震性能試驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立了該類結(jié)構(gòu)柱基于性態(tài)的抗震設(shè)計(jì)量化指標(biāo);采用基于變形和能量的雙重準(zhǔn)則，結(jié)合異形柱結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，通過(guò)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(guò)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(píng)估依據(jù)。其次，通過(guò)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(diǎn)和空間節(jié)點(diǎn)的抗震性能試驗(yàn)成果，在結(jié)合異形柱結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，通過(guò)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(diǎn)地震損傷的Park-Ang修正模型，由此確立了節(jié)點(diǎn)組合系數(shù)的計(jì)算方法，并對(duì)各試驗(yàn)影響因素進(jìn)行了損傷演化分析。
　　(4)基于結(jié)構(gòu)鋼的應(yīng)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(diǎn)的數(shù)值模型，并驗(yàn)證了數(shù)值模擬的可行性。在此基礎(chǔ)上，細(xì)化了試驗(yàn)變化參數(shù)關(guān)于加載角度和軸壓比的影響，同時(shí)擴(kuò)展了相應(yīng)的分析

6、參數(shù)如混凝土強(qiáng)度等級(jí)、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(diǎn)受力性能指標(biāo)的計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù);并得到了加載角度對(duì)型鋼混凝土T形柱框架空間節(jié)點(diǎn)受剪承載力的影響，由此得出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算模型。
　　(5)通過(guò)已獲取的9個(gè)型鋼混凝土T形截面柱-混凝土梁平面節(jié)點(diǎn)和9個(gè)型鋼混凝土T形截面柱-鋼梁空間節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載試驗(yàn)成果，提出了以屈服點(diǎn)、峰值點(diǎn)和破壞點(diǎn)為特征點(diǎn)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(yàn)參數(shù)的特征點(diǎn)值確定方法;根據(jù)試驗(yàn)獲取的滯回特性，簡(jiǎn)化了不同配鋼形式型鋼混凝土T形截面柱框架節(jié)點(diǎn)的滯回環(huán);通過(guò)引入基于損傷的循環(huán)退化指數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)在反復(fù)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(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行了退化描述，并建立了基于損傷效應(yīng)的型鋼混凝土T形截面柱框架節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)力模型。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)恢復(fù)力模型的有效性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(6)首先，分別采用疊加原理和彈性理論對(duì)型鋼混凝土T

8、形柱框架節(jié)點(diǎn)剪切開(kāi)裂進(jìn)行承載力推演分析;基于截面置換法，將實(shí)腹式配鋼節(jié)點(diǎn)核心區(qū)型鋼腹板的抗剪貢獻(xiàn)計(jì)入計(jì)算模型。基于所提出的計(jì)算方法，將其與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，得到結(jié)論為采用理論計(jì)算的剪切開(kāi)裂承載力均大于試驗(yàn)值，但疊加原理的計(jì)算值更加接近試驗(yàn)結(jié)果，具有較好的工程精度。
　　其次，根據(jù)試驗(yàn)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(xiàng)基于斜壓桿理論的型鋼混凝土T形柱框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪承載力計(jì)算模型，該模型計(jì)算結(jié)果比現(xiàn)