【摘 要】
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随着城市化进程的加快,我国建筑业正在积极推进以发展装配式建筑为重点的新型建筑工业化。然而就我国目前的装配式结构推广情况看,传统的装配式混凝土结构、钢结构、木结构各自存在着不同的优势和不足之处,在规模化、快速化的发展过程中,逐渐出现了瓶颈问题。装配式组合结构可结合不同建筑材料和结构的优点,克服各自的缺点,实现快速高效、成本可控的发展目标。火灾作用下,无论是何种结构形式,都会因为材料劣化产生结构损伤,
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随着城市化进程的加快,我国建筑业正在积极推进以发展装配式建筑为重点的新型建筑工业化。然而就我国目前的装配式结构推广情况看,传统的装配式混凝土结构、钢结构、木结构各自存在着不同的优势和不足之处,在规模化、快速化的发展过程中,逐渐出现了瓶颈问题。装配式组合结构可结合不同建筑材料和结构的优点,克服各自的缺点,实现快速高效、成本可控的发展目标。火灾作用下,无论是何种结构形式,都会因为材料劣化产生结构损伤,进而导致结构破坏甚至倒塌,由此引发的安全事故影响恶劣,也极易造成严重的人员伤亡和财产损失。对新型结构体系进行火灾下温度场及火灾后抗震性能试验,有助于研究其耐火和抗火性能,便于新型结构体系推广使用。本文总结现有装配式混凝土框架结构梁柱节点存在的不足之处,基于本课题组已有研究提出的一种新型装配式组合结构节点,研究其火灾下及火灾后的各项性能。该新型节点弥补现有装配混凝土框架结构的预制混凝土构件生产的经济性以及施工效率上的不足,解决纯钢结构导致的成本过高的问题,综合装配式钢结构与混凝土结构的优势,实现组合结构耐久性、耐火性等使用性能上的整体提升,具有良好的推广应用前景。本文通过开展火灾试验、火灾后低周反复荷载试验并进行数值模拟分析,初步探索了该新型节点的耐火抗火及火灾后抗震性能。论文的主要工作及成果如下:(1)本文详细介绍了新型装配式组合结构节点的构造及构件制作方法。(2)本文制作了三个足尺节点试件开展火灾试验和火灾后低周反复荷载试验,分为普通节点、梁端翼缘设置狗骨的削弱型节点和梁端腹板开洞的削弱型节点三类。在观察记录试验现象和对试验数据分析总结后得到了各试件的典型截面测温点温度曲线,低周反复试验下的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、屈服强度、延性、刚度退化、耗能能力等关键的抗震性能指标,研究表明:新型装配式组合结构节点在火灾下的温度场符合热力学基本原理,混凝土温度梯度随深度迅速减小,但下降程度渐缓。新型装配式组合结构节点可参照钢结构框架节点梁端塑性铰外移的控制方法,通过设定梁翼缘削弱位置及削弱程度,准确控制塑性铰,利用延性较好、强度一般的钢材进行耗能。剔除火灾试验本身的设计失误和钢绞线的不正常粘结滑移,节点滞回曲线将呈饱满的梭形,承载力稳定且耗能能力强,可有效提高组合框架结构的抗震性能,达到延性设计的目的。梁腹板开孔削弱形式受力性能和普通节点无明显差别,延性及耗能能力较差。60min火灾后的试件各项性能有所下降,但下降程度不明显。极限承载力不低于常温下95%,刚度、延性不低于常温下的90%,结合常温下试验结论并剔除钢绞线的不正常粘结滑移,耗能能力下降不明显。(3)通过有限元分析平台ABAQUS对试件进行了火灾下温度场分析;通过有限元软件Open Sees进行火灾后低周反复荷载作用下的建模分析,并将模拟结果与试验结果对比,验证了建模方法的合理性。通过以上研究工作,本文对新型装配式组合结构节点的构件制作、火灾下温度场及火灾后抗震性能进行了较为全面的分析,为该新型节点的进一步完善和推广应用提供了一定的试验数据和理论基础。
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