火灾作用后钢骨混凝土梁—钢管混凝土柱节点抗震性能分析

论文摘要

钢-混凝土组合结构由于能够充分发挥钢材与混凝土两种材料的优点,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。梁—柱节点的性能是影响结构整体性能的关键,但到目前为止,对火灾后节点力学性能的研究仍然少见,这是限制其发展的一个重要因素。因此对火灾作用后钢骨混凝土梁-钢管混凝土柱节点抗震性能的研究是钢-混凝土组合结构研究和推广的关键技术课题之一。本文在总结分析国内外关于钢管混凝土框架节点的研究和应用现状的基础上,利用ANSYS来分析火灾作用后钢骨混凝土梁-钢管混凝土柱节点的抗震性能。研究了节点在低周反复加载作用下的受力机理,得出节点区的应力云图、变形图、滞回曲线及骨架曲线;通过计算得到了低周反复加载作用下节点的抗震性能评价指标;研究了温度和轴压比这两个参数变化对节点抗震性能评价指标的影响并进行了对比分析。分析结果表明:在常温和400℃时节点滞回曲线均比较饱满,没有明显的捏缩现象,达到极限荷载后,仍表现出良好的延性和后期变形能力,位移延性系数在3.58～5.5之间,满足延性节点的要求,说明此温度下节点具有良好的抗震性能和耗能能力;在600℃和800℃时节点滞回曲线有捏缩现象,节点后期变形能力差,抗震性能差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 钢-混凝土组合梁概述
• 1.2 钢管混凝土结构
• 1.2.1 钢管混凝土结构的概述和原理
• 1.2.2 钢管混凝土柱节点的形式及受力机理
• 1.2.3 钢管混凝土柱节点的研究现状
• 1.3 节点研究尚待解决的问题
• 1.4 课题的提出与本文的主要工作
• 2 有限元的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 有限元法的发展及特性
• 2.3 线性有限元法的分析步骤
• 2.3.1 结构物的离散化
• 2.3.2 单元分析
• 2.3.3 整体分析步骤
• 2.4 非线性有限元法的分析
• 2.4.1 增量理论的弹塑性本构关系模型
• 2.4.2 非线性方程组的求解方法
• 2.4.3 收敛准则
• 2.5 本章小结
• 3 材料属性和节点抗震性能评价指标
• 3.1 引言
• 3.2 混凝土的本构关系和破坏准则
• 3.2.1 常温下混凝土的三维本构关系
• 3.2.2 高温下混凝土的三维本构关系
• 3.2.3 混凝土的破坏准则
• 3.3 钢材的本构关系和破坏准则
• 3.3.1 常温下钢材的本构关系
• 3.3.2 高温下钢材的本构关系
• 3.4 混凝土与钢管之间的粘结
• 3.4.1 “接触对”单元的几何形状
• 3.4.2 接触状态及判别条件
• 3.4.3 接触单元的模量及其修正
• 3.4.4 迭代方法及收敛控制
• 3.5 节点抗震性能评价指标
• 3.5.1 延性系数
• 3.5.2 强度退化系数
• 3.5.3 刚度退化系数
• 3.5.4 骨架曲线
• 3.5.5 耗能能力
• 3.6 本章小结
• 4 火灾作用后钢骨混凝土梁─钢管混凝土柱节点抗震性能有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 试件尺寸、材料属性及编号
• 4.2.1 试件尺寸
• 4.2.2 材料属性
• 4.2.3 试件编号
• 4.3 单元的选取和有限元模型的建立
• 4.4 边界条件和加载方案的确定
• 4.4.1 边界条件的确定
• 4.4.2 加载方案的选取
• 4.5 有限元求解和结果分析
• 4.5.1 求解设置
• 4.5.2 有限元结果分析
• 4.6 本章小结
• 5 火灾下节点抗震性能参数影响分析
• 5.1 引言
• 5.2 温度对节点抗震性能的影响
• 5.2.1 温度对延性系数的影响
• 5.2.2 温度对骨架曲线的影响
• 5.2.3 温度对强度退化的影响
• 5.2.4 温度对刚度退化的影响
• 5.2.5 温度对等效粘滞阻尼系数的影响
• 5.2.6 温度对能量耗散系数的影响
• 5.3 混凝土强度对节点受力性能的影响分析
• 5.3.1 轴压比对延性系数的影响
• 5.3.2 轴压比对骨架曲线的影响
• 5.3.3 轴压比对强度退化的影响
• 5.3.4 轴压比对刚度退化的影响
• 5.3.5 轴压比对等效粘滞阻尼系数的影响
• 5.3.6 轴压比对能量耗散系数的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文的主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果