装配式梁柱节点的抗震性能研究

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各种地震灾害表明,采用基于现有承载力以及限制弹塑性层间位移角的抗震设计方法所设计的建筑,虽然能够达到三水准抗震设防目标,从而保障人的生命安全,但是这种设计方法难以有效控制结构的破坏程度,震后建筑使用功能的丧失和恢复重建对社会造成大量的经济损失。针对近年来地震导致越来越大的经济损失,部分学者提出抗震设计不应再简单地基于生命安全和减小直接经济损失为目标,而应更加注重提高现代城市在极端灾后的恢复能力,以求在最短的时间内恢复结构的正常使用功能,即结构的抗震理念由抗震减震向性能可恢复结构设计转变,具有使用功能可快速恢复的抗震节点及节点框架也在近年快速发展。本文提出了一种具有震后能快速恢复使用功能的新型摩擦耗能梁柱节点。梁柱连接件由组合节点及摩擦阻尼器构成,其中组合节点包括UHPC、钢翼缘板、端板以及加劲肋,节点与梁柱通过端板螺栓连接;摩擦阻尼器包括三部分钢板,阻尼器与耳板通过插销的方式与梁柱连接。在正常使用或小震作用下,摩擦阻尼器不发生滑动等效于刚性杆,为结构提供较大的初始刚度;在大震作用下,当节点处弯矩导致的摩擦力大于最大静摩擦力时,摩擦板发生相对滑动,结构在连接件设计塑性铰区发生较大转动变形,摩擦板的滑动变形消耗超过60%输入能量,结构梁柱主体仅发生弹性变形不产生塑性变形;地震过后,可通过重新调节高强螺栓预紧力或者局部更换连接件来达到恢复结构震后正常使用的功能。本文进行了4个节点试件的抗震试验,通过节点的开裂模式、屈服荷载、刚度、应变分布、滞回曲线以及耗能能力等参数研究了节点的抗震性能,并推导了正负弯矩作用下节点的初始刚度及屈服弯矩解析公式。本文通过软件ABAQUS建立了节点模型得到了节点的滞回曲线,与试验数据对比拟合结果良好,验证了数值模型的有效性,并利用ABAQUS对采用新型节点的钢框架与普通钢框架进行了Pushover分析和动力时程分析。数值结果表明,与普通钢框架相比,节点框架的基底剪力与变形大幅度减小。在罕遇地震(MCE)作用下,普通钢框架在柱底以及节点处发生屈服现象,然而对于节点框架而言,超过80%的输入能量通过摩擦阻尼器消耗,在柱底以及连接件处仅发生轻微的屈服变形,说明了节点框架损伤可控的能力。除此以外,根据节点框架中不同最大静摩擦力对比发现较小最大静摩擦力导致的早屈服机制可以有效提高结构耗能能力以及损伤控制的能力。
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