新型方钢管混凝土柱—钢梁全螺栓连接节点受力性能试验研究

论文摘要

近年来,连接方钢管混凝土柱与H型钢梁的半刚性节点由于其优越的受力性能,得到国内外研究者的广泛关注,几类研究较充分的节点已经编入相应的规范和规程。目前《矩形钢管混凝土结构技术规程》（CECS159:2004）推荐的节点形式施工技术和焊接质量不能兼得,满足不了实际工程的需求。几种常见于实际工程和科研工作的半刚性节点都有其自身的优点和局限,很难找到兼具技术经济各方面优势的节点形式,有必要进一步针对某些现存问题、集中多种节点类型的优点,开发和研究出更多节点类型,以扩大该结构的应用范围。从降低施工难度、便于建筑设计的角度出发,借鉴长螺栓式节点的连接形式,提出一种新型半刚性节点——穿芯高强螺栓-Π型板节点,通过Π型板和螺栓连接,克服了现场焊接的缺点,安装方便灵活,显著提高节点的承载力和刚度,改善力的传递途径,丰富了方钢管混凝土柱-钢梁半刚性节点形式,为节点设计提供参考依据。本文对2个双T板式连接和2个Π型板连接的边节点进行梁端单调静力加载试验,详细分析了在单向加载作用下各个试件的节点破坏现象,并研究产生各破坏模式的原因;讨论节点形式变化对极限破坏承载力,初始转动刚度和极限转动能力这三个连接性能主要指标的影响,验证新型节点受力性能的优劣和应用于边节点的可行性;并介绍了七种划分梁柱节点类型的方法,选用其中三种方法判定穿芯高强螺栓-Π型板节点为半刚性节点。研究结果表明,本文提出的这种半刚性节点具有较高的受弯承载能力和初始转动刚度。Π型板连接和双T板连接都具备足够的转动能力,梁柱相对转角最大值均大于美国FEMA中θu*≥0.03rad的延性连接的要求,表现出较好的延性。Π型板连接具有显著的非线性特征,通过调整连接板厚度可有效控制节点的刚度与承载能力,设计灵活。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• 1-1-1 钢管混凝土结构的优点及分类
• 1-1-2 方钢管混凝土结构特点
• §1-2 方钢管混凝土-钢梁节点的分类
• 1-2-1 根据节点弯矩-转角特性分类
• 1-2-2 半刚性节点分类
• §1-3 方钢管混凝土柱-钢梁半刚性节点研究现状及存在的问题
• 1-3-1 方钢管混凝土柱-钢梁的半刚性节点试验研究现状
• 1-3-2 方钢管混凝土柱-钢梁的半刚性节点有限元分析研究现状
• 1-3-3 设计计算理论及成果
• §1-4 本文主要研究内容
• 第二章 方钢管混凝土柱-钢梁新型节点静力试验设计
• §2-1 前言
• §2-2 试件设计理论依据及原则
• 2-2-1 试件设计的理论依据
• 2-2-2 试验设计的原则
• §2-3 试件设计制作
• 2-3-1 试件的设计参数
• 2-3-2 试件的制作
• §2-4 构件材料力学性能试验
• 2-4-1 钢材的材料试验
• 2-4-2 混凝土试块试验
• 2-4-3 穿芯高强螺栓材料性能
• §2-5 试件边界条件及试验方案
• 2-5-1 试件边界条件
• 2-5-2 试验加载方案
• §2-6 试验数据采集
• 2-6-1 梁-柱相对转角测量
• 2-6-2 应变测量
• 2-6-3 变形测量
• §2-7 本章小结
• 第三章 方钢管混凝土柱-钢梁新型节点连接承载力计算研究
• §3-1 构件截面承载力分析
• 3-1-1 钢梁承载力分析
• 3-1-2 方钢管混凝土柱承载力分析及轴压比的计算
• §3-2 节点连接破坏模式分析
• 3-2-1 梁端受力破坏
• 3-2-2 螺栓滑移
• 3-2-3 螺栓剪切
• 3-2-4 连接件破坏
• 3-2-5 节点连接破坏模式估计
• 第四章 试验过程描述及破坏现象分析
• §4-1 试件JD-1 试验现象描述及分析
• 4-1-1 加载过程现象描述
• 4-1-2 破坏现象描述
• §4-2 试件JD-2 试验现象描述及分析
• 4-2-1 加载过程现象描述
• 4-2-2 破坏现象描述
• §4-3 试件JD-3 试验现象描述及分析
• 4-3-1 加载过程现象描述
• 4-3-2 破坏现象描述
• §4-4 试件JD-4 试验现象描述及分析
• 4-4-1 加载过程现象描述
• 4-4-2 破坏现象描述
• §4-5 本章小结试验结果分析
• 第五章 节点静力性能试验数据分析
• §5-1 钢梁位移分析
• §5-2 节点变形分析
• 5-2-1 节点域变形分析
• 5-2-2 节点转角变形分析
• §5-3 转动刚度分析
• §5-4 应变分析
• 5-4-1 节点核心区应变分析
• 5-4-2 穿芯高强螺栓受力分析
• 5-4-3 其他位置应变分析
• §5-5 本章小结
• 第六章 新型节点刚度类型判别
• §6-1 引言
• §6-2 常见的梁柱节点分类方法
• 6-2-1 AISC 容许应力设计规范（AISC-ASD）
• 6-2-2 AISC-LRFD（1999）规范分类
• 6-2-3 Bjorhovde 等人的分类
• 6-2-4 欧洲规范Eurocode3 的节点分类
• 6-2-5 Nethercot 等人的分类方法
• 6-2-6 Goto 等人的分类方法
• 6-2-7 Hasan 等人的分类方法
• §6-3 本文试验对各分类方法的应用类型确定
• 6-3-1 Eurocode3 规范规定分类
• 6-3-2 Bjorhovde 方法确定分类
• 6-3-3 Hasna 方法确定分类
• §6-4 本章小结
• 第七章 结论及展望
• §7-1 结论
• §7-2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果