空间组合节点抗震性能试验研究与理论分析

论文摘要

钢-混凝土组合结构因其优良的性能而得到了日益广泛的应用。梁-柱组合节点是组合结构的关键部件，其受力性能直接关系到结构体系在强震作用下的安全性。目前国内外关于组合节点的研究主要集中于平面节点，缺少对节点在双向加载条件下空间耦合作用的研究，也缺少相应的试验方法和评价标准。本论文通过模型试验、有限元数值模拟和理论分析等手段，对方钢管混凝土柱-组合梁空间节点的受力性能，特别是双向加载条件下的抗震性能进行了较为系统的研究。首先完成了6个空间组合节点的抗震性能模型试验，重点研究了不同加载路径和加载模式下空间组合节点的破坏机理、破坏特征和滞回关系，比较了平面节点和空间节点受力性能的异同，分析了节点双向受力之间的耦合关系，以及加载路径、混凝土楼板、柱类型及节点位置等因素对空间组合节点抗震性能的影响，可为完善空间组合节点的抗震设计方法和构造措施提供试验依据。同时，对节点双向加载拟静力试验的合理模式进行了研究，包括加载制度、荷载路径和控制方式等。在试验研究的基础上，采用通用有限元软件ABAQUS，对试验节点试件进行了三维非线性有限元模拟，将有限元分析结果与试验结果进行对比，验证了有限元方法分析此类节点的正确性和有效性。在此基础上，对空间组合节点进行了参数分析，比较了轴压比、楼板厚度、楼板宽度、楼板的配筋率、腹板厚度、钢管厚度、双向加载比例、梁柱强度比等参数对节点受力性能的影响。最后，基于试验结果和理论分析，发展了空间组合节点的抗剪承载力和剪切变形计算方法，并提出了空间组合节点的剪力-剪切恢复力模型及滞回准则，通过将理论模型与试验结果的对比分析，验证计算模型的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 组合节点抗震性能研究
• 1.2.1 组合节点的基本受力性能
• 1.2.2 影响组合节点抗震性能的主要因素
• 1.2.3 组合节点计算模型及设计方法
• 1.3 空间节点抗震性能研究
• 1.3.1 钢筋混凝土空间节点试验研究
• 1.3.2 空间节点的受力性能及其主要影响因素
• 1.4 空间组合节点抗震性能研究
• 1.5 课题主要研究工作
• 1.5.1 研究目标和技术路线
• 1.5.2 本课题主要研究工作
• 第2章 空间组合节点试验设计及过程
• 2.1 试验概况
• 2.1.1 主要目的
• 2.1.2 基本构件的选取
• 2.1.3 主要试验参数
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 材料性能
• 2.2.3 试验装置及加载方案
• 2.2.4 测点布置及量测方案
• 第3章 空间组合节点试验结果分析
• 3.1 试验过程及主要试验现象
• 3.1.1 试件J101
• 3.1.2 试件J201
• 3.1.3 试件J202
• 3.1.4 试件J203
• 3.1.5 试件J301
• 3.1.6 试件J401
• 3.1.7 试件破坏形态及模式
• 3.1.8 混凝土板裂缝
• 3.2 主要试验结果及分析
• 3.2.1 基本受力性能
• 3.2.2 耗能能力
• 3.2.3 变形分析
• 3.2.4 应变分析
• 3.3 空间组合节点抗震性能的主要影响因素
• 3.3.1 加载路径的影响
• 3.3.2 混凝土楼板的影响
• 3.3.3 节点核心混凝土的影响
• 3.3.4 节点位置的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 空间组合节点非线性数值模拟
• 4.1 概述
• 4.2 有限元模型
• 4.2.1 模型的简化
• 4.2.2 单元类型
• 4.2.3 材料本构模型
• 4.2.4 模型的建立与求解
• 4.3 非线性有限元分析结果与试验验证
• 4.3.1 梁端荷载-位移滞回曲线
• 4.3.2 单调加载的梁端荷载-位移曲线
• 4.3.3 节点剪力-剪切变形曲线
• 4.3.4 内隔板应力分析
• 4.3.5 节点极限变形分析
• 4.3.6 节点裂缝分布对比分析
• 4.3.7 钢结构部分应力分析
• 4.4 参数分析
• 4.4.1 轴压比
• 4.4.2 楼板厚度
• 4.4.3 楼板宽度
• 4.4.4 钢梁腹板厚度
• 4.4.5 钢管管壁厚度
• 4.4.6 楼板配筋率
• 4.4.7 双向加载比例
• 4.4.8 梁柱强度比
• 4.5 本章小结
• 第5章 空间组合节点计算模型和设计方法研究
• 5.1 概述
• 5.2 组合节点受剪过程分析
• 5.3 空间剪切变形计算方法
• 5.3.1 平面节点剪切变形计算方法
• 5.3.2 空间节点剪切变形计算方法
• 5.4 平面组合节点剪力-剪切变形曲线模型
• 5.5 空间组合节点剪力-剪切变形曲线模型
• 5.5.1 节点域钢管剪力-剪切模型
• 5.5.2 核心区混凝土剪力-剪切模型
• 5.5.3 空间组合节点剪力-剪切计算模型
• 5.6 空间组合节点剪力-剪切恢复力模型
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 完成的主要工作及结论
• 6.1.1 空间组合节点抗震性能模型试验
• 6.1.2 非线性有限元分析
• 6.1.3 组合节点抗剪计算模型和设计方法
• 6.2 关于开展进一步研究工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果