带有栓钉的埋入基础梁式钢管混凝土柱脚节点抗冲切性能试验研究

论文摘要

钢管混凝土柱脚节点是推广钢管混凝土在高层建筑中应用的关键技术问题之一,栓钉作为埋入式钢管混凝土柱脚节点的加强措施应用较广。本文研究在竖向荷载作用下的带有栓钉的埋入式钢管混凝土柱脚节点的冲切性能。试验设计并制作了两个模型试件,通过改变栓钉的数量及位置来研究栓钉对该节点的极限承载力及冲切破坏的影响,试件ZJ/S-3栓钉数量与试件ZJ/S-4不同。通过试验研究试件在竖向荷载作用下的破坏形式和基本受力性能,分析栓钉及节点各组成部分对柱脚节点的影响,确定冲切面的位置,为设计提供依据和基础资料。试验结果表明:极限承载力试验值与理论值基本吻合,达到极限荷载时,试件ZJ/S-3发生剪切破坏,试件ZJ/S-4发生冲切破坏。柱脚节点在竖向荷载作用下,栓钉的多少直接影响着节点承载力的大小,栓钉布置位置的高低影响柱脚节点的抗冲切能力,在柱脚节点发生冲切破坏的时候,冲切面初始点位于栓钉最上排,箍筋是影响节点冲切性能的重要因素。利用ANSYS有限元分析软件对试验模型进行数值分析,分别对两个试验模型进行模拟,分析节点的各组成部分的应力,研究其受力机理,有限元分析结果与试验结果基本吻合,节点各组成部分的状态与模型试验得到的试件的受力情况相同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢管混凝土节点
• 1.1.1 圆钢管混凝土柱节点
• 1.1.2 方钢管混凝土柱节点
• 1.2 钢管混凝土柱脚节点研究现状
• 1.2.1 埋入式柱脚节点设计
• 1.2.2 端承式柱脚节点设计
• 1.3 钢管混凝土柱脚节点的实际应用
• 1.4 本文研究的主要目的及主要内容
• 第二章 带有栓钉的埋入式钢管混凝土柱脚节点试验方案
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验依据
• 2.3 试件的设计与制作
• 2.3.1 试件的材料
• 2.3.2 试件尺寸及配筋图
• 2.3.3 材料的力学性能
• 2.3.4 试件的制作
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 试验装置
• 2.4.2 测点布置
• 2.4.3 试验数据采集
• 2.5 本章小结
• 第三章 带有栓钉的埋入式钢管混凝土柱脚节点试验研究
• 3.1 试验现象及过程
• 3.1.1 试件ZJ/S-3 的试验现象
• 3.1.2 试件ZJ/S-4 的试验现象
• 3.2 试件破坏特点
• 3.3 试验现象分析
• 3.4 混凝土裂缝分析
• 3.5 荷载-应变曲线分析
• 3.5.1 纵筋的荷载-应变曲线分析
• 3.5.2 主要箍筋的荷载-应变曲线分析
• 3.5.3 钢管的荷载-应变曲线分析
• 3.5.4 混凝土梁表面的荷载-应变曲线分析
• 3.5.5 跨中荷载-位移曲线分析
• 3.6 抗冲切的影响因素
• 3.7 栓钉抗剪承载力的计算方法
• 3.8 试验值与理论值的比较
• 3.9 本章小结
• 第四章 非线性有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 钢材的材料模型
• 4.2.1 钢管单元的选取
• 4.2.2 钢管的本构关系
• 4.3 混凝土的材料模型
• 4.3.1 混凝土单元的选取
• 4.3.2 混凝土的开裂模型
• 4.3.3 混凝土的本构关系
• 4.3.4 混凝土的破坏准则
• 4.4 钢筋的材料模型
• 4.4.1 钢筋单元的选取
• 4.4.2 钢筋的本构关系
• 4.5 实体之间的粘结
• 4.5.1 钢管与混凝土之间的粘结
• 4.5.2 钢筋与混凝土之间的粘结
• 4.6 节点有限元模型的建立及求解
• 4.6.1 节点有限元模型的建立
• 4.6.2 模型的求解
• 4.7 有限元结果与试验结果的对比分析
• 4.8 节点各组成部分应力云图分析
• 4.8.1 钢管应力云图分析
• 4.8.2 混凝土应力云图分析
• 4.8.3 钢筋应力云图分析
• 4.9 荷载-位移曲线
• 4.10 本章小结
• 本文结论及待研究的问题
• 参考文献
• 致谢