U型钢混组合梁-外包钢板剪力墙榫卯节点抗震性能研究

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为适应我国建筑工业化——PC装配式的要求,U型钢混组合梁和钢筋混凝土叠合板的结合以及外包钢板剪力墙(或称为双钢板剪力墙)都因免除模板支撑而逐渐在多高层建筑中得到应用,但是目前的研究成果主要集中在剪力墙墙体、外包U型钢混凝土组合梁、外包U型钢混组合梁-框架柱节点等方面,对外包U型钢梁—外包钢板墙节点的相关研究还很少。本文参考传统木结构榫卯连接方式,并结合外包钢板剪力墙和外包U型钢组合梁,提出了U型钢混组合梁-外包钢板剪力墙榫卯节点。本文通过对两个足尺U型钢混组合梁-外包钢板剪力墙榫卯节点的低周往复荷载试验,研究了U型钢混组合梁-外包钢板剪力墙榫卯节点的承载能力、延性、耗能能力以及破坏机理等,并采用有限元软件Abaqus对U型钢混组合梁-外包钢板剪力墙榫卯节点进行数值模拟和参数分析。主要得出以下结论:(1)榫卯节点正向加载是以U型组合梁梁根部U型钢梁腹板和下翼缘板撕裂为破坏特征,榫卯节点负向加载是以混凝土翼板内与外包钢板剪力墙墙面相连钢筋拉脱墙面和U型组合梁梁根部U型钢梁腹板鼓曲为破坏特征。(2)在锚固深度500mm的基础上增加榫卯节点锚固深度对榫卯节点受力特性影响不是很明显。通长锚固的榫卯节点的正向和负向承载力比锚固长度为500mm的榫卯节点分别高6.0%和8.8%,其延性和耗能能力略低于锚固长度为500mm的榫卯节点。(3)有限元模拟和试验的试件极限承载力接近,承载力误差在5%以内;有限元模型中混凝土翼缘板损伤的发展过程和位置、混凝土翼缘板内钢筋应力大小分布规律和内锚固U型钢梁应力分布与试验观察到的现象和试验数据吻合。(4)对混凝土强度和钢材强度进行了参数分析,得到了榫卯节点承载力随着混凝土强度或钢材强度提高而提高的结论。结合试验结果和现象与有限元分析结果,提出了加强与外包钢板剪力墙相连钢筋的连接强度和在U型钢梁塑性铰区设置加劲肋以改善U型钢梁腹板鼓曲的改进措施。
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