方钢管混凝土柱-H型钢梁节点的低周反复荷载试验研究

论文摘要

近年来，随着大跨度和超高层结构的发展以及对建筑错层、转换层、设备层和地下车库结构的需要，钢管混凝土结构以其良好的抗震性能逐渐得到了广泛的应用。徐培蓁、河野昭彦关注如何充分发挥CFT柱的抗震性能，提出了基于部分柱铰屈服的混合屈服机制，但相关研究还比较少。这种基于混合屈服机制的钢管混凝土框架的抗震设计，必须能够保证屈服的整体性，避免发生层破坏。框架节点是连接梁、柱的枢纽，是框架结构得以形成的关键部位，对保证整个结构的稳定性起着重要作用。节点的受力模式更为复杂，尤其当结构在强震作用下进入弹塑性阶段后，必须能够保持结构屈服的整体性和安全性，避免结构节点破坏和层破坏。针对这一问题，作者对方钢管混凝土柱-H型钢梁节点进行了低周反复荷载试验研究，具体工作有以下几方面：1)本文以节点形式、柱梁强度比、轴压比、含钢率为控制参数，设计了五个方钢管混凝土柱—H型钢梁外加强环节点，研究节点的延性、强度与刚度退化、耗能能力、破坏机理及破坏特征。2)并通过试验绘制节点的P、 M滞回曲线、骨架曲线和刚度退化曲线，研究各影响因素对试件在滞回耗能和积累损伤方面的影响。为基于部分柱铰屈服机制设计的框架结构屈服整体性提供设计依据。3)基于结构抗震设计方法，研究分析钢管混凝土梁、柱节点的塑性变形性能。通过计算层间位移延性系数和层间位移变形角，分析对钢管混凝土柱的耗能能力的影响，综合考虑了结构承载力、位移和累积耗能的影响，使之对结构抗震性能的评价更为合理。4)采用数值计算的方法,应用有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土柱-H型钢梁框架节点进行模拟分析，把计算结果同试验结果进行对比，并基于恢复力模型，分析轴压比、含钢率、节点形式对延性系数的影响。在此基础上研究框架节点的工作机理、破坏模式及受力全过程中应力分布等微观机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢管混凝土结构的特点和发展
• 1.2.1 钢管混凝土结构的特点
• 1.2.2 钢管混凝土结构的发展
• 1.3 本课题的研究背景
• 1.4 本课题的研究现状
• 1.4.1 钢管混凝土结构节点国外研究
• 1.4.2 钢管混凝土结构节点国内研究
• 1.4.3 方钢管混凝土节点研究中存在的问题
• 1.5 本文的研究内容及意义
• 1.5.1 本课题的研究内容
• 1.5.2 本课题的研究意义
• 1.6 本文的创新点
• 第2章 方钢管混凝土柱-H 型钢梁节点在低周反复荷载作用下的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验概况
• 2.2.0 节点模型的选取
• 2.2.1 试件的设计与制作
• 2.2.2 材料力学性能
• 2.2.3 试验装置设计
• 2.2.4 加载制度
• 2.2.5 量测内容及测点布置
• 2.3 节点试验破坏特征和现象描述
• 2.3.1 试件各截面方向规定
• 2.3.2 节点试件试验过程
• 2.3.3 节点试件破坏形式分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 方钢管混凝土柱—H 型钢梁节点试验性能分析
• 3.1 试验应变数据分析
• 3.1.1 节点试件各截面的应力-应变情况
• 3.1.2 梁端弯矩-转角关系
• 3.2 试验抗震性能分析
• 3.2.1 荷载－位移滞回曲线
• 3.2.2 骨架曲线
• 3.2.3 承载力分析
• 3.2.4 强度退化
• 3.2.5 刚度退化
• 3.2.6 延性和变形
• 3.2.7 耗能能力
• 3.3 本章小结
• 第4章 方钢管混凝土柱－H 型钢梁节点有限元分析
• 4.1 方钢管混凝土柱－钢梁节点有限元分析模型的建立
• 4.1.1 单元类型选取及网格划分
• 4.1.2 材料本构关系
• 4.1.3 界面模型及接触处理
• 4.1.4 边界条件的模拟与加载方式
• 4.2 计算结果与分析
• 4.2.1 计算应力云图与变形图
• 4.2.2 节点的应力分布和变形
• 4.2.3 计算滞回曲线
• 4.2.4 水平承载力计算结果与试验结果比较
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文及所获奖励
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 致谢