钢管混凝土柱—翼缘削弱钢梁隔板贯通节点性能研究

论文摘要

钢管混凝土有效地包括了钢与混凝土各自的优点——延性好、抗压强度高,同时钢管可作为混凝土的承重骨架和模板,从而减少了钢骨架及模板的使用量。目前已广泛的应用于中层和高层住宅建筑中,但钢管混凝土节点的构造方案却一直制约着这种结构的推广和应用,因此,本文提出了一种新型的节点形式——钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁隔板贯通节点。并用有限元软件ANSYS对该节点进行了较为系统的分析。通过对节点施加单调以及往复荷载,从P-Δ曲线,刚度退化,剪力传递等方面考察,发现隔板与狗骨式梁配合良好,能将梁端的应力更加平稳的传入钢管混凝土柱,防止柱壁鼓屈和节点脆性破坏,且翼缘的削弱并不加速节点的刚度退化。同时将此节点与传统的外加强环式节点相比较,发现新型节点有效地改善了节点的受力性能,表现出了良好的塑性变形能力,耗能性能明显强于外加强环式节点,因此可认为此类连接是理想的抗震耗能模式。论文考虑了影响节点受力性能的4个参数,通过分析它们在不同值时对节点极限承载力以及焊缝应力分布的影响,找出它们的最优取值范围,并提出了钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁隔板贯通节点连接的设计建议,可供工程设计和进一步研究参考。同时采用正交设计方法设计出9个节点试件。分别对这9个试件进行数值模拟,并通过正交分析找出影响节点的极限承载力和能耗性能的主要因素,揭示它们之间的关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 钢结构在住宅中的发展
• 1.1.2 钢管混凝土结构的特点
• 1.2 钢管混凝土柱框架节点
• 1.2.1 圆钢管混凝土柱钢框架节点
• 1.2.2 方钢管混凝土柱钢框架节点
• 1.3 钢管混凝土柱-钢梁节点的研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 钢管混凝土柱-钢梁节点研究中存在的问题
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 钢管混凝土柱‐翼缘削弱钢梁隔板贯通节点有限元分析的理论基础
• 2.1 塑性力学基本法则
• 2.2 材料的本构关系
• 2.2.1 钢材的本构关系
• 2.2.2 混凝土的本构关系
• 2.3 三维非线性有限元建模
• 2.3.1 单元选取
• 2.4 节点有限元模型的建立
• 2.4.1 建立几何模型
• 2.4.2 边界条件的模拟与加载方式
• 2.5 本章小结
• 第三章 钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁隔板贯通节点的受力性能分析
• 3.1 单调荷载作用下节点受力性能分析
• 3.1.1 节点单调加载时的荷载-位移曲线
• 3.1.2 节点的破坏形式
• 3.1.3 节点沿梁长和梁宽方向的应力分布
• 3.1.4 节点域剪力的传递分析
• 3.2 循环荷载作用下节点的受力性能分析
• 3.2.1 荷载-位移滞回曲线
• 3.2.2 耗能能力评价
• 3.2.3 刚度退化系数
• 3.2.4 钢管壁变形分析
• 3.2.5 混凝土的破坏情况
• 3.3 本章小结
• 第四章 各参数对钢管混凝土柱-翼缘削弱钢梁隔板贯通节点性能的影响分析
• 4.1 节点各参数试件设计
• 4.2 梁翼缘削弱部位距环板的距离 a 的影响
• 4.2.1 单调荷载作用下的影响
• 4.2.2 循环荷载作用下的影响
• 4.3 梁翼缘削弱部位的长度 b 的影响
• 4.3.1 单调荷载作用下的影响
• 4.3.2 循环荷载作用下的影响
• 4.4 梁翼缘削弱部位的深度 c 的影响
• 4.4.1 单调荷载作用下的影响
• 4.4.2 循环荷载作用下的影响
• 4.5 隔板浇筑孔径大小 d 的影响
• 4.5.1 单调荷载作用下的影响
• 4.5.2 循环荷载作用下的影响
• 4.6 节点试件的设计
• 4.6.1 正交设计法
• 4.6.2 正交设计分析的优化结果
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢