犬骨-蜂窝式框架组合扁梁及其节点受力性能研究

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深肋组合扁梁是将工字型钢内嵌于压型钢板-混凝土楼板之中而形成的一种新型组合构件,与T型组合梁相比,具有自重轻、耐火性好和降低结构层高等优点。国内现有研究多集中于内嵌实腹式工字钢梁的简支或连续组合扁梁,与组合扁梁作为框架梁参与结构受力的实际情况不相符,也给建筑物内的管道线路敷设带来一定困难。基于此,本文提出了犬骨-蜂窝式组合扁梁,对其框架梁及节点的受力性能进行深入研究,主要研究内容和结论如下:(1)利用ABAQUS软件对框架深肋组合扁梁和方钢管混凝土柱-组合扁梁节点在静力和循环加载下的力学性能进行有限元分析,并与试验结果相对比,验证了建模方法和分析结果的准确性。(2)进行了犬骨-蜂窝式框架组合扁梁在单向静力加载下的抗弯性能有限元分析,结果表明:较之实腹式框架组合扁梁,犬骨-蜂窝式框架组合扁梁极限承载力下降约5.6%,但是其变形能力更佳;翼缘削弱区深度对框架组合扁梁的承载力影响较大,建议控制在翼缘宽度的26%以内;钢梁腹板开孔率、削弱区长度对框架组合扁梁的承载力有一定影响,建议开孔率控制在35%~50%之间,削弱区长度不超过钢梁高度的75%;楼板肋部混凝土、削弱区起点位置对框架组合扁梁的承载力影响很小。(3)建立犬骨-蜂窝式组合扁梁节点、蜂窝式组合扁梁节点和犬骨-蜂窝式纯钢扁梁节点的有限元模型,对三类节点在静力和循环荷载作用下的受力性能进行对比分析。结果表明:在静力荷载作用下,混凝土楼板对犬骨-蜂窝式组合扁梁节点刚度和承载力的贡献不容忽略;较之蜂窝式组合扁梁节点,犬骨-蜂窝式组合扁梁节点的弹性刚度变化不大,峰值承载力下降幅度在10%左右。在循环荷载作用下,两类组合扁梁节点的承载力、延性和耗能性能较之纯钢节点均有不同程度的提高;与蜂窝式组合扁梁节点相比,犬骨-蜂窝式组合扁梁节点的变形和耗能能力更优。(4)通过控制单一变量的方法,研究了不同设计参数对犬骨-蜂窝式组合扁梁节点在循环荷载作用下受力性能的影响。结果表明:削弱区深度对塑性铰的形成位置和节点承载力有较大影响,建议将其控制在翼缘宽度的14%~26%之间;增大纵向配筋率使得节点的承载力和变形能力提高,耗能性能变差,建议将其控制在1.33%~2.60%之间;楼板厚度的增加对节点的变形和能量耗散不利,建议板厚取值不超过80mm;削弱区长度对节点的承载力和耗能性能影响很小,建议控制在钢梁高度的45%~75%之间;削弱区起点至柱翼缘的距离增加,节点的承载力和变形能力提高,耗能性能下降,建议其值控制在钢梁下翼缘宽度的55%~85%之间。
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