矩形钢管混凝土柱-H型钢梁隔板贯通式节点抗剪性能研究

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1、矩形钢管混凝土柱-H型钢梁隔板贯通式节点抗剪性能研究ResearchonShearBehaviorofThrough-DiaphragmConnectionbetweenCFSTColumnandH-shapedSteelBeam基金资助：国家自然科学基金资助项目(51268054)天津市自然科学基金项目(13JCQNJC07300)学科专业：土木工程研究生：刘帅指导教师：荣彬副教授天津大学建筑工程学院二零一七年十一月摘要矩形钢管混凝土柱与钢梁连接的隔板贯通式节点是我国《方钢管混凝土结构技术规程》推荐的节点形式之一，目前已在国内行业中推广，在实际工程中也得到了广泛应用。关于隔板贯通式节点核心区

2、剪切破坏的试验数据目前依然缺乏，尚未能全面掌握该节点在剪切破坏模式下的抗震性能。国内外学者提出的核心区抗剪承载力计算方法的准确性也有待试验验证。本文首先回顾了课题组现有的相关试验数据。总结发现，十字形和T字形隔板贯通式节点滞回试验中，核心区剪切破坏模式下的钢管腹板均有明显的屈曲。然而，国内外学者提出的抗剪承载力计算方法中并未考虑腹板屈曲的影响。设计并完成了3个矩形钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通式中柱节点试件的低周反复荷载试验，破坏模式为节点核心区剪切破坏，得到了节点核心区在该破坏模式下的破坏特征、荷载位移曲线、应变数据。同时对节点抗剪承载力、耗能能力和刚度退化进行分析，掌握了节点核心区屈曲后的抗震

3、性能。通过对节点核心区混凝土进行剖切试验，明确了节点发生剪切破坏时混凝土斜压杆受压区宽度。核心区腹板屈曲是剪切破坏模式下的主要破坏特征。为专门研究钢管的抗剪性能，本文利用有限元软件ANSYS对低周反复荷载下的矩形钢管柱-钢梁隔板贯通式节点进行了有限元分析，重点研究破坏形式和传力机制，并通过参数化分析研究核心区钢管翼缘和腹板对承载力的影响。结果表明：影响节点抗剪承载力的主要因素是钢管腹板的厚度，钢管翼缘对节点抗剪承载力的贡献可忽略不计。总结了现有隔板贯通式节点的抗剪承载力计算公式及其适用性，针对本课题组试验中的破坏形式，提出了考虑核心区屈曲后强度和混凝土斜压杆的节点抗剪承载力计算公式，其结果与试

4、验数据相近。根据已有的十字型节点低周反复荷载试验数据，进行回归分析，提出了节点的恢复力模型。该模型包括骨架曲线模型和滞回曲线模型，可以较好地反应该节点在低周反复荷载下的荷载位移关系，为钢管混凝土柱隔板贯通式节点的抗震性能分析提供理论参考。关键词：钢管混凝土柱，隔板贯通式节点，试验研究，有限元分析，抗剪承载力，恢复力模型IABSTRACTThrough-diaphragmconnectionbetweenconcrete-filledsteeltubularcolumnandsteelbeamhasbeenrecommendedintechnicalspecificationforstructu

5、reswithconcrete-filledrectangularsteeltubemembers(CECS159:2004),andincreasinglyusedinstructuralengineering.Theresearchonshearbehaviorandseismicperformanceofpanelzoneisstilllimitedsincethelackofexperimentalresults.Thecalculationmethodsofshearresistanceofpanelzonestillneedverification.Previousexperime

6、ntresultswerereviewedatfirst.Localbucklingintubewebofpanelzonewasfoundintheconnectionswithshearfailuremodes.However,theshearbucklingbehaviorofpanelzonewasnotconsideredintheexistingcalculationequationsforshearresistance.Thispaperexperimentallystudiedtheseismicbehaviorofthrough-diaphragmconnectionsins

7、hearfailuremodeofpanelzone.Threespecimensweredesignedforshearfailuremodeandtestedundercyclicloading.Thefailurecharacteristics,load-displacementrelationships,straindatawascollectedduringthetest.Theseis