钢梁—钢筋混凝土柱框架节点的受力性能及ANSYS有限元分析

论文摘要

近年来,在组合结构中出现一种新型的结构形式,即由钢筋混凝土柱和钢梁（RCS）组成的框架结构。该结构在结构和构造上具有合理性和经济性,作为主要传力部件的节点是RCS框架研究中的关键。在美国和日本已进行了大量的RCS框架内部节点的试验研究,明确了节点区域的构造对于节点剪切强度的影响,并得出了应力传递机理。而在我国,现存的规范中并未涉及RCS框架节点的设计与构造方法。因此,在我国建立RCS节点的设计方法与体系成为一项紧迫而有意义的工作。为了完成这个任务,本论文运用非线性三维有限元的方法分析RCS梁柱节点,主要研究以下内容:在美国关于RCS节点的试验成果基础上,分析研究节点构造及型钢和钢筋混凝土之间的相互作用对节点受力性能的影响。介绍美国现行的RCS结构梁柱节点的设计指南,该设计指南用于计算节点承载力和设计用于抵抗节点区域内部和外部弯矩作用的钢筋、面承板等构造措施。运用非线性三维有限元程序ANSYS研究三个具有不同构造措施的RCS节点,通过分析节点的应力-应变关系研究了节点的破坏过程,验证了节点的应力传递机理。在分析比较ANSYS有限元分析结果、美国规程和我国型钢混凝土结构设计规程的基础上,深入探讨了节点中各组成部分的承载力的定义及其计算方法,提出改进的设计公式,并充分考虑了轴压比的影响,为我国工程实践提供设计建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 RCS组合结构的应用与研究现状
• 1.2.1 RCS组合结构在国外的应用与发展
• 1.2.2 RCS组合结构在国内的应用与发展
• 1.2.3 存在的问题
• 1.3 课题内容
• 1.3.1 研究意义
• 1.3.2 研究内容
• 2 RCS组合框架结构节点的受力性能研究
• 2.1 相关的试验研究
• 2.2 节点受力机理分析
• 2.2.1 钢桁架机理
• 2.2.2 压杆-拉杆模型
• 2.2.3 节点区域支撑-连接作用机理
• 2.3 相关设计规范
• 2.3.1 美国RCS节点设计规范
• 2.3.2 我国相关设计规范
• 2.4 小结
• 3 有限元理论基础及在ANSYS中的应用
• 3.1 有限元法基本理论
• 3.1.1 有限元法概述
• 3.1.2 有限元法分析过程
• 3.2 钢筋混凝土单元
• 3.2.1 杆件线形单元
• 3.2.2 八节点六面体等参数单元
• 3.2.3 混凝土单元开裂或破坏后的处理
• 3.2.4 钢筋单元达到屈服条件后的处理
• 4 RCS框架节点的ANSYS数值模拟
• 4.1 RCS框架节点的试验概况
• 4.2 RCS节点的有限元建模
• 4.2.1 有限元模型的单元类型,实常数和材料模型
• 4.2.2 用几何模型建模法建立有限元模型
• 4.2.3 有限元模型的加载与求解
• 4.3 有限元结果分析
• 4.3.1 有限元结果与试验结果的对比分析
• 4.3.2 有限元结果分析
• 4.3.3 轴向压力对节点承载力的影响
• 4.3.4 根据有限元模型进行节点内剪力的计算
• 4.4 规范计算值和有限元结果的综合分析
• 4.4.1 根据美国规范计算节点剪力
• 4.4.2 美国规范节点剪力计算值与有限元剪力计算值比较分析
• 4.4.3 根据我国相关规范计算节点剪力
• 4.4.4 对我国型钢混凝土规程剪力计算公式的修正
• 4.5 小结
• 5 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.2 存在的问题与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录