带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

针对自复位节点复位阶段抗力大的问题,提出了带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点。为研究节点的抗震性能和自复位性能,对5个足尺梁柱节点试件进行低周往复荷载试验,对其受力性能进行理论分析,建立节点的恢复力模型。结果表明:带开槽耗能板的自复位节点具有良好的耗能能力、承载能力和自复位性能,滞回曲线呈典型的“双旗帜”形。4.00%位移角时节点残余变形较小,除耗能板外其余部件均保持弹性,震后更换耗能板即可快速修复。节点的自复位性能随耗能板单个板条宽度的增大而降低,耗能能力随单个板条宽度的增大而提高;耗能板厚度和宽度越大,节点的耗能能力和承载力越强,自复位能力越弱;钢绞线初始预应力对节点的承载力、初始刚度和自复位能力均有显著影响,但对节点耗能能力影响很小。恢复力模型与试验结果吻合较好。

带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能有限元分析

自复位结构是一种新型可恢复功能结构,它能够有效控制结构震后残余变形,震后不需或经少量维修即可恢复正常使用。近年来,自复位结构成为国内外地震工程界研究的热点。目前的自复位结构主要通过两种方式耗能:金属的塑性变形或设置摩擦阻尼器。但以上两种耗能方式通常存在较大的复位抗力,从而对结构的复位构件提出更高的要求,同时对节点的自复位性能产生不利影响,如何减小复位抗力是此类结构目前亟需解决的重要问题。基于上述问题,提出了一种新型带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点,通过在耗能板上开设长槽,可有效减小节点的复位抗力。该节点主要由方钢管混凝土柱、H型钢梁、悬挑梁段、开槽耗能板、盖板、抗剪连接板和钢绞线等构成。为探究该节点的破坏形态、抗震性能、自复位性能及耗能能力,采用有限元软件ABAQUS对带开槽耗能板的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点进行模拟分析,得到弯矩-转角滞回曲线、承载力及特征弯矩、单周滞回耗能及残余变形等。共设计5个节点模型(节点SCJ-1~SCJ-5),对比分析耗能板开槽数量、耗能段宽度、耗能板厚度及钢绞线初始预应力这些参数对节点自复位性能和抗震性能的影响。结果表明:在梁端往复荷载作用下,节点的滞回曲线呈典型的"双旗帜"形,该节点具有良好的承载能力、自复位能力和耗能能力;当加载至4.00%层间位移角时,梁柱主体构件基本处于弹性状态,耗能板发生明显的塑性变形,说明该节点可有效地将损伤控制于局部,从而降低主体构件的塑性损伤;耗能板的开槽数量越多,节点的耗能能力越差,自复位性能越好,而对节点的承载力及特征弯矩没有显著影响;随着耗能段宽度和耗能板厚度的增大,节点的耗能能力增强,自复位能力降低,节点承载力提高。增大钢绞线的初始预应力,节点的初始刚度、承载力和脱开弯矩提高,自复位能力增强,而对节点的耗能能力影响较小。