钢—混凝土组合深梁滞回性能研究

论文摘要

钢框架、钢框架内填剪力墙反映了框架结构刚度变化的两个端点值,刚度增幅是突变性质的。钢框架内填钢-混凝土组合深梁可以满足两个端点刚度值之间的要求,实现了宽范围的刚度渐变调幅。钢-混凝土组合深梁由钢板和混凝土板通过高强螺栓连接而成,在框架结构中的位置与剪力墙相同。通过改变深梁截面宽度,可以得到不同的抗侧移刚度,满足各种刚度要求,加之采用不同钢材和混凝土,可以获得不同的承载力、延性和耗能能力。外侧预制钢筋混凝土板可以阻止钢板深梁屈曲,钢板深梁不需设置加劲肋;外侧预制钢筋混凝土板与钢板深梁螺栓连接,横向荷载由钢板深梁承担,钢筋混凝土板不承担横向力,在使用阶段对钢板起防火保护作用。此外,在横向荷载或地震力作用下钢-混凝土组合深梁由剪力墙的纯剪切变形形式转变为弯剪变形形式,有利于组合深梁材料发展塑性,提高组合深梁耗能能力。钢-混凝土组合深梁布置灵活,便于过道和门窗的布置,既可用于新建结构,又可用于结构加固,具有理论研究价值和广阔的应用前景。分析了国内外深梁的研究现状,介绍了钢-混凝土组合深梁的发展、基本构成及工作机理。在此基础上,对深梁的滞回性能进行了分析,并给出了相应的构造条件。运用ANSYS有限元分析软件的接触算法,综合考虑各种非线性因素,对钢-混凝土组合深梁模型进行了往复荷载作用下有限元模拟,得出钢板、混凝土板跨度及厚度变化,钢板材料变化,混凝土强度变化,以及钢板和混凝土板间螺栓连接形式对组合深梁滞回性能的影响。选取典型结构形式进行特征值屈曲分析,通过与往复荷载有限元分析结果比对验证滞回分析的正确性,结果表明,ANSYS有限元分析软件得出的结果能够较好的反映结构的耗能性能,结果真实可靠。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 背景和意义
• 1.1.1 钢框架－支撑体系
• 1.1.2 钢框架－混凝土剪力墙（核心筒）体系
• 1.1.3 钢框架－钢板剪力墙体系
• 1.1.4 钢－混凝土组合剪力墙体系
• 1.2 钢－混凝土组合深梁填充钢框架结构
• 1.2.1 钢－混凝土组合深梁结构概念的提出
• 1.2.2 钢－混凝土组合深梁的基本概念
• 1.3 深梁概念和国内外的研究状况
• 1.3.1 深梁概念
• 1.3.2 国外研究状况
• 1.3.3 国内研究状况
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 钢－混凝土组合深梁的特性和抗震性能评价指标
• 2.1 构件基本组成、力学模型、基本假定及工作原理
• 2.1.1 构件的基本组成、力学模型和基本假定
• 2.1.2 构件的工作原理
• 2.2 组合深梁抗震性能评价指标
• 2.2.1 滞回曲线
• 2.2.2 骨架曲线
• 2.2.3 延性系数
• 2.2.4 耗能能力
• 2.2.5 承载力退化系数
• 第三章 ANSYS 有限元分析的基本概念
• 3.1 有限单元法
• 3.1.1 有限单元法简介
• 3.1.2 有限元法分析问题的基本步骤
• 3.2 非线性分析基本理论
• 3.2.1 材料非线性
• 3.2.2 几何非线性
• 3.2.3 屈服准则
• 3.2.4 强化准则
• 3.2.5 接触分析
• 3.3 非线性问题的求解方法
• 3.4 非线性求解的组织级别
• 3.5 收敛或发散判断准则
• 第四章 钢－混凝土组合深梁滞回性能有限元分析
• 4.1 有限元模型设计
• 4.1.1 循环加载下材料的应力－应变关系
• 4.1.1.1 循环加载下混凝土的应力－应变关系
• 4.1.1.2 循环加载下钢材的应力－应变关系
• 4.1.2 单元模型的选择
• 4.1.3 基本假定
• 4.1.4 模型建立
• 4.1.5 网格划分
• 4.1.6 加载方式
• 4.1.7 加载制度
• 4.1.8 模型计算结果与试验结果的对比
• 4.1.9 研究构件种类
• 4.2 参数变化对组合深梁性能影响的有限元分析
• 4.2.1 钢板和混凝土板高跨比α对深梁性能的影响
• 1和混凝土板高厚比β₂ 对深梁性能的影响'>4.2.2 钢板高厚比β₁和混凝土板高厚比β₂对深梁性能的影响
• 4.2.3 钢材型号及混凝土强度等级对深梁性能的影响
• 4.2.4 螺栓数量及排列方式对深梁性能的影响
• 第五章 钢－混凝土组合深梁的耗能性能及特征值屈曲分析
• 5.1 组合深梁耗能性能分析
• 5.1.1 构件耗能分析
• 5.1.2 承载力退化现象
• 5.1.3 组合深梁承载力计算公式推导
• 5.2 组合深梁特征值屈曲分析
• 5.2.1 稳定的基本概念及分类
• 5.2.2 构件的特征值屈曲分析
• 结论和展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢