钢-工程竹组合结构耗能节点框架抗震性能研究

• 作 者: 冯岩
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 钢-工程竹组合结构 新型耗能节点 恢复力模型 水平低周往复荷载试验 遗传算法

我国竹材资源丰富、竹木结构历史悠久、且现代竹木结构生产工艺逐渐成熟,为解决目前严峻的生态问题、保障国民经济可持续发展提供了一条新的渠道。但是竹木框架中存在柱子蠕变过大和需要更大尺寸的问题,钢柱-工程竹梁的新型组合框架体系是其中最有效的解决方法之一。对于这种组合结构体系来说,如何形成有效的节点连接形式至关重要。课题组黄子睿博士提出了一种由上下两块耗能版和一个铰组成的耗能节点,通过合理的设计该节点不仅能够有效地连接钢柱和工程竹梁,还展现出良好的耗能能力。在九组新型耗能节点水平低周往复荷载试验的基础上,通过ABAQUS进行了有限元模拟和扩充,得到了节点承载力的拟合公式,并提出了该新型耗能节点的三折线骨架曲线。分析单个滞回曲线的形状并通过遗传算法(GA)对试验滞回环数据进行了处理和参数优化,提出了简化的六边形滞回规则并给出了相应特征值点的计算公式。为验证节点恢复力模型的合理性与有效性,本文中进行了足尺单榀单跨的钢-工程竹组合结构体系新型耗能节点框架水平低周往复试验得到其滞回曲线、骨架曲线等,并分别与ABAQUS中实体模型、OpenSEES中宏观杆系单元模型水平低周往复荷载模拟结果的滞回特性曲线进行对比,得到以下结论:(1)基于九组耗能节点的低周往复荷载试验,提出了一个由简化的对称三折线骨架曲线和简化六边形滞回规则构成的恢复力模型。通过简化滞回模型与试验滞回曲线对比,初步验证了提出的恢复力模型的有效性;(2)对比框架中节点和新型耗能节点试验中的受力特征和破坏模式,发现两试验中节点的受力状态相同:竹梁、钢柱与耗能节点处的连接保持良好,耗能板均率先进入非线性并且出现屈曲。耗能节点在钢-工程竹组合框架中能够按照设计的受力模式传递弯矩和剪力;(3)采用了新型耗能节点的钢-工程竹组合框架结构体系的耗能性能良好:滞回曲线丰满,未出现明显的“捏缩”现象,且阻尼比大于10%;(4)ABAQUS实体模型能够基本模拟出钢-工程竹组合结构体系新型耗能节点框架的受力性能和破坏模式,但是滞回曲线和骨架曲线误差较大,且无法模拟出试验中的滑移、刚度退化和强度退化等现象;(5)根据结论1中的恢复力模型和优化得到的参数,可以在OpenSEES中采用“Pinching4”单元得到计算效率和精度更高的模拟。初步证明了所提出的恢复力模型的有效性,可用以该新型耗能节点的弹塑性分析。