装配式混凝土框架结构半刚节点抗震性能试验及低周疲劳寿命预测

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luoyuqingyuan
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近年来,我国能源、环境压力加大、劳动力成本上升,促使建筑产业转型升级加快。建筑行业目前主要结构形式是现浇钢筋混凝土,其整体性较好,能满足我国建筑抗震设防需求。但现浇混凝土结构现场湿作业多、建材损耗大、资源利用率较低等问题,不符合我国当今可持续发展战略。而预制装配式建筑由于建造速度快、建筑垃圾少、施工质量能保证等优点,因此在我国得到大力推广。预制装配式建筑区别于现浇结构的关键在于构件连接,连接的综合可靠性直接影响整体性能。相比目前已经发展相对成熟的采用湿节点的等同现浇整体式结构来说,采取干式连接的装配式结构现场湿作业大大减小,节省了高昂的劳动成本。但大多干式节点刚度相对低于等同现浇节点,结构抗侧刚度和阻尼比有所不足,制约其应用范围。基于上述背景,本文以半刚性预制装配式混凝土框架节点为研究对象,通过试验手段研究了15个足尺梁柱节点最终失效模式与失效机理。不仅建立了半刚性预制装配式混凝土节点设计理论,而且结合低周疲劳理论对节点破坏进行预警。对推动装配式混凝土结构向更安全、更可控与更高可靠度的方向发展具有重大意义。基于上述考虑,本文主要研究内容与结论如下:(1)根据相似原理制定试验方案,进行了半刚性预制节点与现浇节点的静力与拟静力试验研究。根据实验室现有条件,合理的设计了节点尺寸。并根据拟达到的试验目的制定加载与量测方案。试验结果显示,半刚性预制装配式节点在单调与往复荷载作用下往往是梁端混凝土压溃而失效;半刚性预制装配式梁柱节点具有良好的变形及较高的承载力,经合理设计,能达到与现浇节点一致的性能。(2)提出了半刚性预制装配式混凝土节点设计理论,并验证简化建模辅助设计方法。把材料性能参数带入理论设计公式,将得出的理论设计荷载与试验的极限承载力进行比较,二者相差不大,验证了理论设计公式的准确性。在XTRACT中对半刚性预制节点进行简化建模,同样模拟出了节点的实际承载力,可作为辅助理论设计的有效方法。(3)对半刚性预制装配式混凝土节点进行了不同地震动激励与参数化试验研究。试验中采用不同的加载制度模拟不同地震动激励,并改变半刚性预制装配式混凝土节点重要连接尺寸,分别进行了往复加载试验。结果表明,偏幅加载能充分发挥半刚节点抗震性能,突加峰值比渐进式峰值对半刚预制混凝土节点性能更为不利;由于半刚性预制装配式混凝土节点焊缝与牛腿尺寸变化对性能产生了较大影响,因此在设计节点时需要严格把控。(4)提出了一种基于累计损伤理论的半刚性预制节点低周疲劳寿命预测模型。对试验数据进一步处理,确定半刚性预制装配式混凝土节点疲劳破坏基本信息。本文将变形作为控制指标,选取循环加载中的总位移作为疲劳曲线的广义变形参数。基于Miner累积损伤准则,将变幅加载位移进行等效处理,结合等幅疲劳加载破坏寿命拟合半刚节点疲劳寿命曲线。并将该疲劳寿命预测方法成功应用到焊接钢框架节点,验证了疲劳模型的准确性。
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