方钢管混凝土柱-H型钢梁隔板贯通节点抗震性能研究

论文摘要

近些年来,虽然对方钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点承载力及抗震性能进行了一些研究,但实例仍然缺乏。为能够更加明确地评价该类节点承载力及抗震性能,有必要对该类节点补充试验及有限元分析实例,提供试验及理论基础。进而为后人能够提出该类节点抗弯、抗剪承载力公式、节点理论设计方法提供基础。本文介绍了钢管混凝土构件的特点及钢管混凝土柱-钢梁常用节点形式。并对隔板贯通节点国内外的研究概况进行了简单的阐述。为研究钢管混凝土柱-钢梁隔板贯通节点抗震性能,以天津图书馆工程为背景,对天津图书馆中采用的1个方钢管混凝土柱-H型钢梁隔板贯通节点进行了拟静力试验,描述了试验现象及节点的破坏过程。通过对试验数据的处理分析,得到了节点各部分应力分布规律以及节点的抗震性能。试验结果显示,节点强度退化现象不明显;节点刚度在加载初期无明显变化,直至节点屈服;节点在未能完全发挥其延性及耗能能力的前提下位移延性系数和等效粘滞阻尼系数分别达到了3.10及0.27。高于普通钢筋混凝土节点,与型钢混凝土节点结果接近。该节点具有良好的抗震性能。采用ANSYS对节点试验进行考虑几何非线性、材料非线性及接触非线性三重非线性的三维非线性有限元模拟分析,同样得到了节点的应力分布规律及抗震性能。结果表明,节点应力集中区域主要为隔板根部隔板与剪力板过焊孔处及隔板与梁翼缘焊缝处梁翼缘与腹板过焊孔处。因此在节点设计中需要格外注意过焊孔的设计与加工。有限元模拟所得滞回曲线与骨架曲线与试验结果吻合较好,尤其卸载阶段。在选取相同位移作为极限位移的条件下,试验与有限元所得节点延性系数及等效粘滞阻尼系数非常接近,说明该种有限元分析方法能够很好地模拟隔板贯通节点拟静力试验。对可能影响节点抗震性能的因素进行了探讨。包括节点试验加载方式和柱顶轴压比对节点抗震性能的影响。给出了一些建议性的结论。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 钢管混凝土概述
• 1.1.2 钢管混凝土梁柱节点概述
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.3 课题来源、研究目的及意义
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 方钢管混凝土柱-H 型钢梁隔板贯通节点拟静力试验研究
• 2.1 试验方案设计
• 2.1.1 试验背景及意义
• 2.1.2 试验目的
• 2.1.3 试验构件及材料性能
• 2.1.4 测点布置
• 2.1.5 加载装置及加载制度
• 2.2 试验过程及破坏特征
• 2.3 应力应变分析
• 2.4 节点抗震性能分析
• 2.4.1 滞回曲线及骨架曲线
• 2.4.2 强度退化
• 2.4.3 刚度退化
• 2.4.4 节点延性及耗能分析
• 2.5 本章结论
• 第三章 方钢管混凝土柱-H 型钢梁隔板贯通节点三维非线性有限元分析
• 3.1 三维非线性有限元分析基本理论
• 3.1.1 弹塑性大变形有限元方程的建立
• 3.1.2 钢材本构关系及屈服机制
• 3.1.3 混凝土本构关系及破坏准则
• 3.2 节点有限元模型的建立
• 3.2.1 单元的选用及材料性能的定义
• 3.2.2 建模及网格划分
• 3.2.3 边界条件及求解设定
• 3.3 节点的应力分析
• 3.3.1 隔板及梁端应力分析
• 3.3.2 节点域柱壁应力分析
• 3.3.3 节点域混凝土应力分析
• 3.4 节点抗震性能研究
• 3.4.1 滞回曲线及骨架曲线
• 3.4.2 刚度退化
• 3.4.3 节点延性及耗能能力
• 3.5 本章结论
• 第四章 节点抗震性能试验与有限元结果的对比
• 4.1 刚度退化对比分析
• 4.2 节点滞回曲线及骨架曲线对比分析
• 4.3 节点延性与耗能能力对比分析
• 4.4 若干问题探讨
• 4.4.1 梁端加载与柱端加载
• 4.4.2 轴压比对节点抗震性能的影响
• 4.5 本章结论
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢