反复荷载下方钢管混凝土柱-钢梁半刚性连接内隔板型节点受力性能研究

实践和理论表明，钢结构半刚性节点具有较强的变形能力和耗能能力，能够大大降低建筑结构的震害，有利于结构抗震。近年来，方（矩形）钢管混凝土柱-钢梁结构体系的工程应用日益增多，但对于这种结构体系半刚性节点的性能研究较少，尤其是在反复荷载下半刚性节点的力学性能的研究少之又少。本课题所提出的内隔板半刚性节点借鉴了钢管混凝土结构内隔板的构造以及钢结构中常用盖板连接方式，现场施工采用栓接，避免了现场焊接的缺陷。通过对方（矩形）钢管混凝土柱节点进行单调荷载及反复荷载作用下试验研究和理论分析，分析内隔板半刚性节点的破坏模式、静力和反复荷载作用下节点的弯矩-转角关系，建立内隔板型半刚性节点的极限抗弯承载力计算公式，通过试验数据的回归，提出适用于静力和动力荷载下的节点设计简化弯矩-转角关系式，从而为半刚性节点的工程设计与应用提供理论依据。

半刚性节点具有较强的变形能力和耗能能力，合理采用半刚性结构有利于地震能量耗散，防止结构因连接节点破坏而引起结构的连续倒塌。本项目对钢管混凝土柱-钢梁半刚性连接节点的构造形式、受力机理、抗震性能以及抗连续倒塌性能等进行了研究。.（1）通过设置内隔板、外环肋、连接角钢，以及改变焊接、螺栓连接等连接形式，使得节点能够有效传递梁端的弯矩、剪力,以改善结构的力学性能。提出了一些具有良好变形能力和耗能能力的新型节点，具有受力合理、方便施工、抗震性能较好，并且有利于增强结构的抗倒塌能力。.（2）采用有限元软件研究了钢管混凝土柱-钢梁半钢性节点的力学性能，分析了结点区应力和变形，模拟节点区分析了混凝土裂缝出现和发展；对比分析了钢管壁厚、连接板尺寸及厚度、连接板的形式、螺栓的型号以及轴压比等节点参数对节点力学性能的影响，得到钢管混凝土柱-钢梁半钢性节点力学性能指标。.（3）采用拟静力试验方法，进行了全螺栓内隔板型节点（IDBFP）试件及传统的栓焊连接（WFP）试件低周反复荷载试验，研究了节点的抗震性能。利用组件法研究了不同连接形式栓焊连接、全螺栓连接对节点抗震性能的影响；通过改变连接组件的尺寸、厚度以及连接方式分析各组件在节点抗震中的屈服机制和破坏机制，提出了内隔板型节点的M-θ三折线数学模型及其参数，其计算结果与试验数据能够较好吻合。该成果对内隔板型半刚性节点的受力分析以及抗震性能研究具有良好的基础作用。.（4）对框架结构组合楼板在连续倒塌破坏中的不同阶段的动力性能进行理论分析，基于组合板的影响分别建立了弹性阶段、塑性阶段、悬链线阶段的力学公式，与有限元数值模拟结果吻合的较好；将半刚性节点计算模型引入结构分析模型中，分析了半刚性节点在组合框架抗连续倒塌过程中的变形和受力性能。半刚性节点能够有效的提高框架抗连续倒塌的能力，节点具有一定的变形能力和承载力以保证结构在竖向支撑构件失效后，能够有效实现内力重分布，形成悬链线机制。