内埋型钢混凝土墙与钢梁连接节点的性能研究

论文摘要

钢框架—混凝土墙混合结构体系通过混凝土墙与钢梁之间的连接节点将钢框架与钢筋混凝土墙(核心筒)组合在一起，充分利用了钢和混凝土两种材料的特点，因而应用在高层民用建筑中有较大的优势。混凝土墙与钢梁连接节点在这种结构体系中起了将两种不同的结构体系组合在一起的作用，其性能非常重要。本文以内埋型钢混凝土墙与钢梁连接节点为研究对象，完成了八个足尺节点试件(其中三个为刚性连接节点试件，五个为高强螺栓连接节点试件)的低周往复加载试验，同时对节点试件进行了单调加载情况下的数值模拟。本文的主要研究工作包括： 1．内埋型钢混凝土墙与钢梁栓焊刚接节点的拟静力加载试验。试验中对采用不同规格高强螺栓或不同厚度连接板的三个节点试件进行了低周往复加载，根据试验结果初步分析了这种连接节点的破坏机理；在比较各试件承载力、延性及变形能力等指标的基础上分析了影响这些指标的主要因素；对节点域各钢构件的受力情况进行了分析，提出了设计建议；对节点域混凝土及分布钢筋在外荷载作用下产生的附加应力状况进行了分析。 2．内埋型钢混凝土墙与钢梁高强螺栓连接节点的拟静力加载试验。试验中对采用不同规格高强螺栓或者高强螺栓排列方式不同的五个试件进行了低周往复加载，根据试验现象分析了各节点试件的破坏特征；根据实测结果对不同连接条件下节点的弯矩传递性能进行了研究；采用理论计算的方法对节点的偏心受剪承载力进行了计算，并与试验结果进行了对比分析；对节点域各构件的受力情况进行了分析；根据承载力对各节点试件的刚度进行了归类。 3．利用有限元分析软件分别对内埋型钢混凝土墙与钢梁的刚接节点模型和高强螺栓连接节点模型在单调加载条件下的受力状况进行了三维非线性有限元分析，根据分析结果考察了刚性节点的梁端传力机制；对两种节点中钢梁腹板和连接板接触面之间的滑移情况进行了分析；考察了各试件节点域的应力分布状况，并与试验结果进行了对比。 4．对光纤光栅应变传感器在试验中的应用情况进行了总结。试验中分别采用了表面式光纤光栅传感器和内埋哑铃式光纤光栅传感器对钢梁翼缘和混凝土墙内部的局部应变进行了检测，同时在这些位置也布置了电阻应变片进行测量，通过对相同测点处的两组测量数据进行对比，分析了光纤光栅应变传感器在结构试验中的使用性能。 最后，在总结全文工作的基础上，提出了尚待解决的问题。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 钢-混凝土混合结构的发展概述
• 1.2 钢框架-混凝土墙混合结构的应用与研究概述
• 1.2.1 钢框架-混凝土墙混合结构在国内外的应用
• 1.2.2 钢框架-混凝土墙混合结构在国内外的研究概况
• 1.2.3 钢框架-混凝土墙混合结构应用中有待解决的问题
• 1.3 混凝土墙与钢梁连接节点的研究概况
• 1.3.1 混凝土墙与钢梁连接节点的类型
• 1.3.2 混凝土墙连与钢梁接节点的研究概况
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 内埋型钢混凝土墙与钢梁刚接节点的试验研究
• 2.1 试件设计、加载装置及材性
• 2.1.1 试件设计
• 2.1.2 试验装置
• 2.1.3 试件的主要材料性能
• 2.2 试验加载制度及测量方法
• 2.2.1 加载制度
• 2.2.2 测量内容及测量装置
• 2.2.3 测点布置
• 2.3 试验过程描述及主要破坏特征
• 2.3.1 试件GJ-1的试验过程
• 2.3.2 试件GJ-2的试验过程
• 2.3.3 试件GJ-3的试验过程
• 2.3.4 各试件破坏特征总结
• 2.4 主要试验结果
• 2.4.1 荷载-位移滞回曲线和骨架曲线
• 2.4.2 弯矩-转角滞回曲线
• 2.4.3 梁端翼缘处荷载-应变滞回曲线
• 2.4.4 连接板端部荷载-应变滞回曲线
• 2.4.5 暗牛腿翼缘处荷载-应变滞回曲线
• 2.4.6 型钢暗柱翼缘处荷载-应变滞回曲线
• 2.4.7 型钢暗柱加劲肋处荷载-应变滞回曲线
• 2.4.8 暗牛腿两侧分布钢筋处荷载-应变滞回曲线
• 2.4.9 暗牛腿翼缘两侧混凝土的荷载-应力滞回曲线
• 2.4.10 节点域钢梁腹板及连接板的主应变和等效应力
• 2.5 主要试验结果分析
• 2.5.1 节点试件屈服和破坏的确定
• 2.5.2 节点试件的延性和耗能指标
• 2.5.3 各节点试件的抗震指标分析
• 2.5.4 节点的梁端弯、剪承载力分析
• 2.5.5 高强螺栓附近钢梁腹板和连接板的平面等效应力分析
• 2.5.6 钢梁端部翼缘和连接板端部的受力分析
• 2.5.7 暗牛腿的受力分析
• 2.5.8 型钢暗柱翼缘、加劲肋及暗牛腿两侧分布钢筋的受力分析
• 2.5.9 暗牛腿翼缘两侧混凝土的受力分析
• 2.6 小结及建议
• 2.6.1 本章小结
• 2.6.2 设计建议
• 第三章 内埋型钢混凝土墙与钢梁高强螺栓连接节点的试验研究
• 3.1 试验设计
• 3.2 试验过程描述及主要破坏特征
• 3.2.1 试件JJ-2和JJ-3的试验过程及破坏特征
• 3.2.2 试件JJ-4和JJ-5的试验过程及破坏特征
• 3.2.3 试件JJ-6的试验过程及破坏特征
• 3.3 主要试验结果及分析
• 3.3.1 节点屈服和破坏的确定
• 3.3.2 摩擦型高强螺栓连接的弯矩传递性能分析
• 3.3.3 摩擦型高强螺栓连接的偏心受剪承载力计算
• 3.3.4 节点域钢梁腹板的等效应力分析
• 3.3.5 暗牛腿的受力分析
• 3.3.6 型钢暗柱、分布筋及混凝土的受力分析
• 3.3.7 节点试件的刚度归类
• 3.4 本章小结
• 第四章 内埋型钢混凝土墙与钢梁连接节点的非线性有限元分析
• 4.1 非线性有限元分析的基本理论概述
• 4.1.1 结构非线性问题的分类
• 4.1.2 非线性有限元分析的数值求解
• 4.1.3 材料的本构关系
• 4.1.4 高强螺栓连接的面-面接触问题
• 4.2 节点有限元模型的建立和求解
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 求解及后处理
• 4.3 刚接节点的非线性有限元分析
• 4.3.1 荷载-位移曲线
• 4.3.2 梁端传力机制分析
• 4.3.3 高强螺栓连接域的受力分析
• 4.3.4 混凝土墙内节点域的受力分析
• 4.4 高强螺栓连接节点的非线性有限元分析
• 4.4.1 荷载-位移曲线
• 4.4.2 接触面的滑移分析
• 4.4.3 高强螺栓连接域的应力分布
• 4.4.4 混凝土墙内节点域的受力分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 光纤布拉格光栅应变传感器在试验中的应用
• 5.1 光纤布拉格光栅传感器概述
• 5.1.1 光纤光栅的发展概况
• 5.1.2 光纤光栅的结构及应变传感原理
• 5.1.3 光纤布拉格光栅传感系统的基本结构
• 5.1.4 光纤布拉格光栅传感器在土木工程中的应用概况
• 5.2 表面式FBG应变传感器在试验中的应用
• 5.2.1 表面式FBG应变传感器的制作与使用
• 5.2.2 表面式FBG应变传感器与电阻应变片测量数据的对比分析
• 5.2.3 表面式FBG应变传感器的使用性能分析
• 5.3 内埋哑铃式FBG应变传感器在试验中的应用
• 5.3.1 内埋哑铃式FBG应变传感器的制作与使用
• 5.3.2 哑铃式FBG应变传感器与电阻应变片测量数据的对比分析
• 5.3.3 内埋哑铃式FBG应变传感器的使用性能分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间的论文发表及科研情况
• 致谢