钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁外部加劲环连接的抗震性能及传力机理研究

《Scientific Reports》：Seismic performance of externally stiffened ring connections between concrete-filled steel tubular columns and reinforced concrete beams

　　

摘要

钢管混凝土（CFST）柱因其高强度、高刚度和良好的延性，被广泛应用于高层建筑和大跨度结构中。然而，传统的钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁连接通常存在构造复杂、柱承载力降低以及施工效率低等问题。本研究提出了一种新颖的外部加劲环连接以克服上述缺点。共进行了八个1:5缩尺试件的低周反复加载试验，包括焊接和搭接两种构造形式。系统研究了轴压比（0.33, 0.50）和牛腿长度（120 mm, 240 mm）的影响。利用ABAQUS建立了非线性有限元模型以验证试验结果并揭示传力机制。结果表明所有试件的延性系数均大于5，满足抗震设计要求。焊接连接表现出完整的纺锤形滞回曲线、稳定的刚度退化和优异的耗能能力，这是由于焊接实现了连续的力传递。短牛腿搭接连接出现了混凝土过早开裂和材料利用率低的问题，而长牛腿搭接连接虽然延性有所改善，但经济性较低。采用混凝土损伤塑性模型和分层模拟的有限元模型准确复现了破坏模式和骨架曲线，误差在10%以内。本研究证实了外部加劲环系统的有效性。推荐在实际钢管混凝土框架中采用焊接连接，以提供平衡的抗震性能、可施工性和设计简便性。