方钢管混凝土柱—钢梁框架节点抗震性能研究

论文摘要

近年来，方钢管混凝土柱与钢梁组成的框架结构体系已经成为组合结构的一个主要发展方向。钢管混凝土梁柱节点作为钢管混凝土框架结构的一个关键部位，受力复杂，一直是工程技术人员关心的问题。本文按铰接、半刚接和刚接三种节点类型总结了目前长用的方钢管混凝土柱-钢梁节点的形式和受力特点，并总结分析了国内外关于方钢管混凝土柱-钢梁节点的研究现状。在总结前人研究的基础上，建立了同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面-面接触非线性、各种材料非线性等三重非线性因素的有限元理论分析模型，利用大型非线性有限元软件ANSYS，对钢材采用Von.Mises屈服条件和双线性随动强化本构关系，对混凝土采用前人总结的弹塑性本构关系，对混凝土裂缝和高强螺栓连接的面-面接触等问题采用ANSYS提供的判别准则，采用三维实体单元对两种带内隔板的方钢管混凝土柱-钢梁节点进行了三维建模，并模拟分析了在单调加载和低周反复加载下节点的受力性能，较为准确地分析了节点区应力分布，还考察了钢管混凝土柱中钢材、混凝土强度等级等因素在单调加载和低周反复加载下对节点受力性能的影响。根据本文的研究分析结果，对以后的相关研究和试验提出建设性意见，并对实际工程提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 方钢管混凝土柱-钢梁节点的形式
• 1.2.1 铰接节点
• 1.2.2 半刚接节点
• 1.2.3 刚接节点
• 1.3 方钢管混凝土柱-钢梁节点国内外的研究概况
• 1.3.1 较早时期的研究
• 1.3.2 近期研究
• 1.4 课题来源、研究目的和意义
• 1.5 方钢管混凝土柱-钢梁节点研究中存在的问题及本文的主要工作
• 1.5.1 方钢管混凝土柱-钢梁节点研究中存在的问题
• 1.5.2 本文的主要工作
• 第二章 方钢管混凝土柱-钢梁节点三维非线性有限元模型建立及求解
• 2.1 引言
• 2.2 计算方法概述
• 2.3 节点实体模型建立
• 2.4 构件承载力分析
• 2.4.1 钢梁承载力分析
• 2.4.2 钢管混凝土柱承载力分析
• 2.5 钢管混凝土的单元材料特性
• 2.5.1 混凝土的三维本构关系
• 2.5.2 钢材的本构关系
• 2.6 有限元模型建立及求解
• 2.6.1 基本假定
• 2.6.2 计算单元的选取
• 2.6.3 边界约束及加载
• 2.6.4 求解及结果后处理
• 2.6.4.1 求解设定
• 2.6.4.2 计算结果的后处理
• 第三章 方钢管混凝土柱-钢梁节点三维非线性有限元分析
• 3.1 节点类型对节点受力性能的影响
• 3.1.1 单调加载时的影响
• 3.1.2 节点的应力分布及破坏机理
• 3.1.2.1 节点域的总体内力分布情况
• 3.1.2.2 节点域内隔板及梁端内力分布情况
• 3.1.2.3 节点域混凝土内力及裂缝分布情况
• 3.1.2.4 栓焊连接节点的螺栓连接受力情况
• 3.1.3 低周反复加载时的影响
• 3.2 钢材强度对节点受力性能的影响
• 3.2.1 单调加载时的影响
• 3.2.2 低周反复加载时的影响
• 3.3 混凝土强度对节点受力性能的影响
• 3.3.1 单调加载时的影响
• 3.3.2 低周反复加载时的影响
• 3.4 有限元计算结果分析
• 3.4.1 节点屈服与破坏的确定
• 3.4.2 节点的延性和耗能指标
• 3.4.2.1 层间位移延性系数
• 3.4.2.2 层间变形角及延性系数
• 3.4.2.3 节点的耗能指标
• 3.4.3 各节点的抗震指标分析及评价
• 3.4.3.1 延性指标
• 3.4.3.2 耗能指标
• 第四章 结语
• 4.1 结论与建议
• 4.2 今后尚待研究的问题
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文