Сейсмические характеристики нового узла сборного железобетонного каркаса со встроенной

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5334 (2023) Цитировать эту статью

844 Доступа

Подробности о метриках

В ходе исследования спроектировано новое соединение балки и колонны сборного железобетонного каркаса. Соединение принимает режим сборки сборной колонны и области шва совместно, чтобы сохранить целостность области соединения и повысить эффективность сборки. На основе традиционного муфтового соединения на конце балки установлено тарельчатое пружинное устройство для улучшения пластичности соединения. Десять соединительных образцов были испытаны при малых циклических нагрузках, в том числе два монолитных соединения, четыре обычных сборных соединения и четыре новых сборных соединения. Параметры испытаний включали тип соединения и соотношение осевого давления, а разница в сейсмических характеристиках определялась путем оценки режима разрушения, характеристик гистерезиса, снижения жесткости, рассеяния энергии и сдвиговой деформации области соединения. По сравнению с монолитными соединениями обычные сборные соединения имеют аналогичные характеристики гистерезиса. Хотя их пластичность несколько ниже, несущая способность выше. По сравнению с двумя предыдущими соединениями новое соединение со встроенным тарельчатым пружинным устройством имеет превосходные сейсмические характеристики. Коэффициент осевого давления является важным аспектом при определении режима разрушения сборного железобетонного соединения, и образец демонстрирует меньшие повреждения при сдвиге при большем коэффициенте осевого давления.

Каркасные конструкции из сборного железобетона (ПК) имеют преимущества, заключающиеся в повышении качества строительства, повышении эффективности строительства, экономии рабочей силы, экономии энергии и сокращении выбросов; следовательно, стратегическая тема индустриализации новых зданий на основе каркасных конструкций ПК привлекает все большее внимание в последние десятилетия1,2,3,4. Однако низкие сейсмические характеристики каркасных конструкций из ПК во время землетрясений стали причиной, ограничивающей широкое использование каркасных конструкций из ПК в зонах высокой интенсивности5. Общеизвестно, что сейсмические характеристики каркасных конструкций ПК во многом коррелируют с надежностью соединения балки ПК с колонной. Во многих экспериментальных исследованиях было установлено, что явление обрушения зданий ПК, вызванное нарушениями соединений балки ПК с колоннами, является наиболее распространенным6,7. Следовательно, оценка сейсмических характеристик балочно-колонных соединений каркаса ПК является обязательным условием для широкого внедрения сборных железобетонных каркасных конструкций в местах с высокой напряженностью.

Пластичность и энергопотребление были тщательно исследованы как два важнейших аспекта, влияющих на сейсмические характеристики соединений корпусов ПК. Режим сборки сборных компонентов напрямую влияет на энергопотребление рамной конструкции ПК, и несколько исследователей улучшили энергоэффективность соединения ПК, изобретая различные режимы сборки. В настоящее время наиболее распространенным способом сборки является сборка элементов балки и колонны по отдельности, которые впоследствии доставляются на площадку для сборки и заливаются бетоном в районе шва8,9. Различные формы сборки создают разные проблемы. После заливки бетона в колонну10,11 площадь заливки колонны слишком велика, что приводит к неэффективности конструкции, а появление слабых мест в колонне губительно сказывается на ее энергозатратах. Заливка бетона на конце балки12 может обеспечить целостность колонны и соответствовать принципу проектирования «сильная колонна и слабая балка» в сейсмическом расчете; однако продольные ребра балки не могут быть непрерывными по швам, и при землетрясениях трудно обеспечить эффективную передачу напряжений. Вместе сборные компоненты и швы обеспечивают целостность узловой области и обеспечивают лучшее энергопотребление в зоне соединения5,13. Надежная форма соединения арматуры внутри сборного железобетонного элемента является еще одним ключевым фактором, влияющим на энергоемкость соединения рамы из ПК, а обычное соединение внахлест требует большой длины внахлеста и плохой прочности соединения14,15. Исследования, направленные на улучшение соединений внахлест, показали, что, хотя они могут улучшить их сейсмические характеристики, сложный процесс изготовления и строительства затрудняет продвижение сборных железобетонных компонентов16,17. Муфтовые соединения широко используются из-за их простоты эксплуатации, надежных соединений и превосходной способности передавать напряжения; однако пластичность компонентов ПК низкая из-за присущих им особенностей5,18.