鋼管混凝土斜柱轉(zhuǎn)換節(jié)點的力學(xué)性能與設(shè)計方法研究

結(jié)合鋼管混凝土與斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，斜柱和豎向支柱均為鋼管混凝土的斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)已受科研和工程設(shè)計人員重視。鋼管混凝土斜柱、支柱、周邊梁相連接的節(jié)點是該類型結(jié)構(gòu)中最重要的部位。相關(guān)研究成果很少，且節(jié)點形式單一，對斜柱內(nèi)力和梁端內(nèi)力共同作用下節(jié)點域受力性能的研究也很不完善。本課題開發(fā)了兩種新型帶加強(qiáng)環(huán)和肋板、連接鋼梁的鋼管混凝土斜柱轉(zhuǎn)換節(jié)點構(gòu)造形式，完成了共18個試件在不同加載工況下的力學(xué)性能試驗，包括8個試件在斜柱端部對稱豎向荷載作用下的試驗研究，6個試件在梁端低周往復(fù)荷載作用下的試驗研究，4個試件在梁端固定反向荷載、斜柱端單調(diào)加載作用下的試驗研究。結(jié)合數(shù)值模擬分析，研究了不同參數(shù)下新型節(jié)點的破壞機(jī)制和傳力機(jī)理，研究了節(jié)點傳力力學(xué)模型，研究了經(jīng)優(yōu)化后的節(jié)點設(shè)計參數(shù)的合理設(shè)置值、承載力計算公式，建立了設(shè)計方法。研究結(jié)果表明斜柱插入深度是影響斜交區(qū)力學(xué)性能最關(guān)鍵的參數(shù)；通過合理設(shè)計，節(jié)點核心區(qū)的承載力和剛度能滿足“強(qiáng)節(jié)點”的設(shè)計要求。研究成果對完善復(fù)雜荷載作用下鋼管混凝土節(jié)點受力性能理論體系有重要學(xué)術(shù)價值，對開拓鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在高層建筑設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用有重要意義。 2100433B

結(jié)合鋼管混凝土與斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，斜柱和豎向支柱均為鋼管混凝土的斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)已受科研和工程設(shè)計人員重視。鋼管混凝土斜柱轉(zhuǎn)換節(jié)點是鋼管混凝土斜柱、支柱、周邊梁相連接的節(jié)點，是該類型結(jié)構(gòu)中最重要的部位。相關(guān)研究成果很少，且節(jié)點形式單一，對斜柱內(nèi)力和梁端內(nèi)力共同作用下節(jié)點域受力性能的研究也很不完善。本課題中首先提出一種新型帶加強(qiáng)環(huán)和肋板、連接鋼梁的鋼管混凝土斜柱轉(zhuǎn)換節(jié)點構(gòu)造形式，然后通過節(jié)點模型在不同加載工況下的力學(xué)性能試驗，結(jié)合數(shù)值模擬分析和理論研究，研究不同因素對新型節(jié)點破壞機(jī)制、傳力機(jī)理、力學(xué)性能的影響，研究斜柱內(nèi)力和梁端內(nèi)力共同作用下不同破壞機(jī)制的節(jié)點傳力力學(xué)模型，研究節(jié)點設(shè)計參數(shù)的合理設(shè)置值、承載力計算公式，建立設(shè)計方法。預(yù)期成果對完善復(fù)雜荷載作用下鋼管混凝土節(jié)點受力性能理論體系有重要學(xué)術(shù)價值，對開拓鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)、斜柱轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)在高層建筑領(lǐng)域的應(yīng)用有重要意義。

本項目擬系統(tǒng)研究復(fù)式鋼管混凝土鋼梁節(jié)點的受力性能，解決復(fù)式鋼管混凝土柱與鋼梁連接節(jié)點的基本理論問題，形成實用的復(fù)式鋼管混凝土鋼梁節(jié)點設(shè)計方法。設(shè)計新型的外隔板節(jié)點及改進(jìn)的豎向肋板鋼梁節(jié)點等適用于復(fù)式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的鋼梁節(jié)點構(gòu)造形式，進(jìn)行節(jié)點力學(xué)性能靜力和低周反復(fù)荷載試驗，分析各節(jié)點的工作機(jī)理和受力性能，確定有足夠的強(qiáng)度、良好的延性、滿足抗震設(shè)計要求的節(jié)點構(gòu)造，以滿足工程應(yīng)用需要；最后結(jié)合理論研究、大量的節(jié)點試驗結(jié)果和準(zhǔn)確的非線性有限元分析，對節(jié)點進(jìn)行性能控制研究，包括節(jié)點性能指標(biāo)的確定和計算、節(jié)點分類準(zhǔn)則的建立和考慮結(jié)構(gòu)整體與局部相關(guān)性的設(shè)計方法等內(nèi)容，最終形成復(fù)式鋼管混凝土鋼梁節(jié)點性能化設(shè)計理論。

本項目系統(tǒng)研究了復(fù)式鋼管混凝土鋼梁節(jié)點的受力性能，解決復(fù)式鋼管混凝土柱與鋼梁連接節(jié)點的基本理論問題，形成了實用了復(fù)式鋼管混凝土鋼梁節(jié)點設(shè)計方法。設(shè)計了適用于復(fù)式鋼管混凝土柱-鋼梁的四種類型節(jié)點，包括豎向肋板節(jié)點、外加強(qiáng)環(huán)板節(jié)點、鋼梁半穿心加腋型節(jié)點及單邊螺栓端板連接裝配式節(jié)點構(gòu)造形式，均進(jìn)行了低周反復(fù)荷載試驗，分析了各節(jié)點的工作機(jī)理和受力性能，確定有足夠的強(qiáng)度、良好的延性、滿足抗震設(shè)計要求的節(jié)點構(gòu)造，以滿足工程應(yīng)用需要; 最后結(jié)合理論研究、節(jié)點試驗結(jié)果和準(zhǔn)確的非線性有限元分析，對節(jié)點進(jìn)行了性能控制研究，包括節(jié)點性能指標(biāo)的確定和計算、節(jié)點分類準(zhǔn)則的建立和考慮結(jié)構(gòu)整體與局部相關(guān)性的設(shè)計方法等內(nèi)容，形成了復(fù)式鋼管混凝土鋼梁節(jié)點性能化設(shè)計理論。

汶川地震中大量鋼筋混凝土框架房屋由于形成了“強(qiáng)梁弱柱”型破壞機(jī)制而破壞甚至倒塌，沒有形成預(yù)期的“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制，其中一個重要原因是現(xiàn)行設(shè)計中沿兩個主軸方向單獨進(jìn)行節(jié)點“強(qiáng)柱弱梁”校核的抗震設(shè)計。本課題針對梁柱節(jié)點、鋼筋混凝土柱、鋼框架進(jìn)行了斜向地震作用下的抗震性能的試驗研究和理論分析，主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：1.進(jìn)行了斜向地震作用下無板梁柱節(jié)點和帶板梁柱節(jié)點的試驗研究，結(jié)果表明主軸方向強(qiáng)柱弱梁設(shè)計的梁柱節(jié)點，在斜向荷載作用下出現(xiàn)柱鉸破壞，沒有實現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁設(shè)計；2.進(jìn)行了斜向地震作用下鋼筋混凝土柱及角部加強(qiáng)柱的抗震性能研究，得到了承載力在加載角度從22.5°到45°呈下降趨勢，角部集中配筋的方式可以有效的改善構(gòu)件的承載力和延性；3.對三層鋼框架進(jìn)行了多方向輸入的振動臺試驗，結(jié)果表明45°時形成了明顯柱鉸破壞機(jī)制，且結(jié)構(gòu)的自振頻率隨著加速度幅值的增大迅速下降。4.提出了梁端鋼絲網(wǎng)加固方法，并對其進(jìn)行了試驗研究和數(shù)值模擬，總結(jié)了其耗能特性。 2100433B