钢管混凝土柱—钢梁外加强环节点受力性能研究

论文摘要

钢管混凝土结构是充分利用钢和混凝土各自优点组合而成的一种新型结构形式,近年来在高层建筑中得到越来越广泛的应用。随着钢管混凝土结构的广泛使用,钢管混凝土节点的设计问题也越来越受到关注,国内外不少机构作了大量的研究。但目前,对方钢管混凝土柱-钢梁节点的研究主要是针对内隔板式节点,对方钢管混凝土柱外加强环式节点的研究较少。本文设计了四个外加强环板式方钢管混凝土柱-钢梁节点试件,进行了节点的低周反复加载试验。通过改变轴压比和梁柱线刚度比,研究了这种节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、延性、强度与刚度退化、耗能能力、破坏机理及其破坏特征,而后根据外加强环板式方钢管混凝土柱-钢梁节点试件的实际尺寸进行三维实体建模,运用有限元软件ABAQUS进行非线性分析,有限元分析得出的结果和试验结果较为吻合。试验和有限元分析结果表明:外加强环板式方钢管混凝土柱-钢梁节点具有较好的延性和耗能能力。节点的塑性铰出现在梁与环板过渡区域的梁端。节点域剪力由钢管壁和核心区的混凝土共同承担;梁端弯矩一部分由梁翼缘通过柱腹板两侧环板传递到柱腹板和核心区混凝土,一部分则通过柱角内侧有效宽度范围内的环板传递到柱翼缘和核心区混凝土。根据试验和理论分析,并参考相关设计规程,推导了外加强环式节点的节点抗弯承载力和抗剪承载力、强柱弱梁验算和强节点弱构件验算表达式,给出了外加强环式节点的设计建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 钢管混凝土结构的特点及应用
• 1.1.1 钢管混凝土结构的特点
• 1.1.2 钢管混凝土结构的应用
• 1.2 钢管混凝土结构节点的研究状况
• 1.2.1 钢管混凝土梁柱节点的类型和性能
• 1.2.2 钢管混凝土梁柱节点的国内外研究现状
• 1.3 本文研究内容
• 2 方钢管混凝土节点在低周反复荷载作用下的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 方钢管混凝土柱－钢梁外加强环节点试验研究
• 2.2.1 试件模型的选取
• 2.2.2 试件的设计与制作
• 2.2.3 试验装置
• 2.2.4 加载制度
• 2.2.5 量测内容及测点布置
• 2.2.6 节点破坏过程及破坏特征分析
• 2.3 抗震性能分析
• 2.3.1 荷载－位移滞回曲线
• 2.3.2 骨架曲线
• 2.3.3 承载力分析
• 2.3.4 刚度退化
• 2.3.5 延性和变形
• 2.3.6 耗能能力
• 2.4 小结
• 3 方钢管混凝土节点非线性有限元分析
• 3.1 方钢管混凝土柱－钢梁节点有限元分析模型的建立
• 3.1.1 材料的本构关系
• 3.1.2 边界条件的模拟与加载方式
• 3.1.3 单元类型选取及网格划分
• 3.1.4 界面模型及接触处理
• 3.2 计算结果与分析
• 3.2.1 计算结果
• 3.2.2 节点应力分布
• 3.2.3 核心区混凝土剪力传递模型
• 3.3 外加强环板参数分析
• 3.4 小结
• 4 方钢管混凝土－钢梁外加强环节点设计建议
• 4.1 外加强环式节点抗弯承载力验算
• 4.1.1 节点的抗弯验算
• 4.1.2 强柱弱梁验算
• 4.2 外加强环式节点抗剪承载力验算
• 4.2.1 钢管壁抗剪承载力验算
• 4.2.2 节点区抗剪承载力验算
• 4.3 外加强环式节点“强节点、弱构件”验算
• 4.4 外加强环式节点构造要求
• 4.5 小结
• 5 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢