钢管混凝土斜柱抗剪环-RC环梁节点抗震性能的有限元模拟

论文摘要

国内外对钢管混凝土柱—梁连接节点方面的研究尚处于起步阶段,很不完善,尤其是对半刚性节点受力性能的研究。2006年由傅剑平等人通过低周往复荷载的试验方法对钢管混凝土斜柱抗剪环—环梁节点抗震性能试验进行了研究,结论具有较高的参考价值。但是由于其缺乏精确的有限元数值模拟,所以无法直观地了解各细部受力情况。针对此问题,本文在总结其他学者的研究的基础上,利用ANSYS强大的三维有限元模拟计算能力,对钢管混凝土斜柱抗剪环—环梁节点进行了三维建模分析。较为精确地分析了节点区应力分布,弥补了试验中无法直观地了解各细部受力情况的缺陷,并将分析结果与试验结果进行了比较分析。研究结果表明钢管混凝土斜柱抗剪环—环梁节点破坏始于框架梁与环梁接触处的钢筋屈服,混凝土开裂。与环梁接触处的钢管中的应力最大,也最容易屈服,加载始末,最大应力都出现在这个区域。结构破坏时抗剪环还未屈服,说明抗剪环的抗剪承载力和钢管与环梁的摩擦力足以承受钢管混凝土对钢筋混凝土环梁的剪力。通过模拟的滞回曲线和骨架曲线与试验滞回曲线的比较,得出倾斜角度在15°以内的钢筋混凝土环梁节点的延性是随着角度的减小而增加的,但是节点耗能能力却十分接近。合理的三维有限元模拟,可以弥补试验观察的不足,揭示试验无法观测到的细节,是对节点内部的应力变化深入了解的有效方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 钢管混凝土结构发展概况
• 1.2 钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁连接节点的研究概述
• 1.3 钢管混凝土结构节点抗震性能的研究现状
• 1.3.1 钢管混凝土梁柱节点抗震性能试验研究现状
• 1.3.2 钢管混凝土结构抗震性能有限元分析的研究现状
• 1.4 钢管混凝土柱与梁节点的研究意义
• 1.5 本文研究的内容
• 2 钢管混凝土与钢筋混凝土有限元基本理论
• 2.1 钢管混凝土的有限元基本理论
• 2.1.1 钢管混凝土的工作机理
• 2.1.2 钢管混凝土的建模方式
• 2.2 钢筋混凝土有限元基本理论
• 2.2.1 有限元建模方式
• 2.2.2 裂缝的数学模型
• 2.3 抗震性能评价指标
• 2.3.1 骨架曲线
• 2.3.2 结构整体延性
• 2.3.3 刚度退化
• 2.3.4 耗能能力
• 3 钢管混凝土斜柱抗剪环-环梁节点有限元模型建立
• 3.1 概述
• 3.2 混凝土的本构模型
• 3.3 钢材的本构关系
• 3.3.1 单调加载下钢材本构关系
• 3.3.2 循环加载下钢材本构关系
• 3.4 单元的选取
• 3.4.1 Solid65 单元
• 3.4.2 Solid45 单元
• 3.4.3 Beam189 单元
• 3.4.4 Link8 单元
• 3.5 建立有限元模型与网格划分
• 3.5.1 建立有限元模型
• 3.5.2 网格划分
• 3.6 约束及加载
• 4 有限元计算结果分析
• 4.1 有限元模型的求解及结果后处理介绍
• 4.1.1 非线性方程组求解设定
• 4.2 计算结果分析
• 4.2.1 钢管的应力分布
• 4.2.2 抗剪环的应力分析
• 4.2.3 钢筋的应力分析
• 4.3 节点域混凝土裂缝分布情况
• 4.3.1 斜柱环梁节点的宏观受力分析
• 4.4 荷载-位移滞回曲线
• 4.4.1 与试验结果的对比
• 4.4.2 与试验结果产生差别的原因
• 4.5 本章小节
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 攻读硕士学位期间已发表的论文及科研成果
• 致谢
• 参考文献