方钢管混凝土柱-H型钢梁外环板刚接节点非线性分析

论文摘要

钢管混凝土结构由于能够充分发挥钢管与混凝土两种材料的特点，且具有强度高、重量轻、抗震性能好等优点，近年来在高层建筑中得到较多应用。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，且集中于圆钢管柱节点的研究上,对方钢管混凝土柱外环板刚接节点的研究较少。本文利用有限元分析软件ANSYS，对国家标准图集中方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点及由其衍生的3种方钢管混凝土柱变截面节点，建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元模型，分析了4种形式节点在单调加载和低周反复加载时的受力性能，分析结果表明：4种形式节点在单调加载时，受力性能差别不大；各节点模型滞回曲线比较饱满，具有较好的延性和耗能能力，没有明显的强度和刚度退化。同时，着重分析了外环板外伸宽度、混凝土强度等级、轴压比等因素在单调加载及低周反复加载时对节点性能的影响，结果显示：随着外环板外伸宽度的减小，节点的弹性极限承载力相应降低，现有标准节点偏于保守，外环板外伸宽度可减小约25%；轴压比，混凝土等级等对节点性能影响不大。在以上分析总结的基础上，本文提出方钢管混凝土柱-H型钢梁边柱外环板刚接节点形式，并利用ANSYS程序建立有限元模型，研究了其在静力荷载下的受力性能，并探讨合理的外环板尺寸，同时分析了这种节点的滞回性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢管混凝土柱-H型钢梁连接节点介绍
• 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-H型钢梁连接节点的研究现状
• 1.3.1 国外的研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本课题研究目的及意义
• 1.5 本课题研究的主要研究内容
• 第二章 有限元基本理论及材料的本构关系
• 2.1 有限元法介绍及程序选择
• 2.1.1 有限元法
• 2.1.2 有限元分析软件ANSYS简介
• 2.2 材料的本构关系
• 2.2.1 钢材的本构关系
• 2.2.2 混凝土的本构关系
• 2.2.3 混凝土的破坏准则和破坏面
• 2.3 节点有限元模型的建立及求解
• 2.3.1 基本假定
• 2.3.2 计算单元的选取与网格划分
• 2.3.3 边界约束及加载
• 2.3.4 求解及结构后处理
• 第三章 变截面方钢管混凝土柱与H型钢梁节点性能研究
• 3.1 概述
• 3.2 节点模型基本参数
• 3.2.1 几何参数
• 3.2.2 材料性质
• 3.3 单调加载的非线性分析
• 3.3.1 对称加载
• 3.3.2 非对称加载
• 3.4 低周反复加载的非线性有限元分析
• 3.4.1 滞回曲线
• 3.4.2 骨架曲线
• 3.4.3 节点延性
• 3.4.4 耗能能力
• 3.5 小结
• 第四章 方钢管混凝土柱与H型钢梁外环板刚接节点性能影响因素分析
• 4.1 概述
• 4.2 外环板外伸宽度对节点受力性能的影响
• 4.2.1 单调加载的影响
• 4.2.2 低周反复加载的影响
• 4.3 轴压比对节点受力性能的影响
• 4.3.1 单调加载的影响
• 4.3.2 低周反复荷载的影响
• 4.4 混凝土强度等级对节点受力性能的影响
• 4.4.1 单调加载的影响
• 4.4.2 低周反复加载的影响
• 4.5 小结
• 第五章 边柱外环板刚接节点研究
• 5.1 概述
• 5.2 模型几何尺寸
• 5.3 节点的非线性有限元受力分析
• 5.4 环板外伸宽度探讨
• 5.4.1 模型几何尺寸
• 5.4.2 计算结果和数据分析
• 5.5 边柱节点滞回性能的分析
• 5.6 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录