钢梁—钢筋混凝土柱节点的受力性能研究

论文摘要

钢梁和钢筋混凝土柱组成的组合结构是一种新型的组合形式，本文将着重研究该组合形式中节点的破坏形态和抗震受力性能。首先，本文应用ANSYS有限元软件对试验进行模拟和定性分析。模拟过程中首先确定各种材料单元的选取及其参数和破坏准则。分析钢梁—钢筋混凝土柱节点在各个破坏过程下的柱顶位移和柱顶水平反力间的关系及节点区型钢腹板、混凝土的应力应变状态。本文设计制作了两个钢梁—钢筋混凝土柱框架中间层中节点试件，为了使节点区合理受力，节点区内设置水平箍筋并且加密、节点两侧设面承板。水平加载装置采用MTS力学试验系统，对结构试件施加低周反复荷载。在节点区的型钢腹板、翼缘和箍筋上预埋应变片并作相应的防水处理，用以观测节点区的应力应变状态。通过在节点区的梁端上下翼缘处布置拉杆传感器观察钢梁的受力过程。利用MTS自身配置的数据采集系统对结构试件的力和位移等信息进行采集，利用所采集的数据绘制出了柱顶端的水平力和水平位移滞回曲线，根据滞回曲线分析其抗震性能。通过试验研究和理论分析：可知本文试验的中柱节点的最终破坏形式，同时将本文所得到的滞回曲线与以往钢节点和混凝土节点所得到的滞回曲线进行比较；在进行试验加载的过程中，翼缘基本保持弹性，在结构即将破坏时表现为屈服，因而达到了破坏始于节点核心区，能够全程分析节点区破坏过程的目的；最后，分析了节点区型钢腹板、翼缘、混凝土、箍筋各部分在抗剪中所起到的作用。结合本文的试验数据，提出钢梁钢筋混凝土柱节点的抗震受剪承载力计算方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 组合结构的研究应用
• 1.3 组合结构节点的研究
• 1.3.1 国内的主要研究
• 1.3.2 国外的主要研究
• 1.4 本文主要工作
• 2 钢梁-钢筋混凝土柱节点非线性有限元分析
• 2.1 引言
• 2.2 材料本构关系和破坏形态
• 2.2.1 基本假定
• 2.2.2 混凝土单元的本构关系及破坏准则
• 2.2.3 型钢与钢筋单元的本构关系及破坏准则
• 2.2.4 粘结滑移机理及应力应变关系
• 2.3 单元类型及材料参数
• 2.3.1 几何模型的建立
• 2.3.2 材料性质
• 2.3.3 有限元模型边界条件及加载
• 2.3.4 计算收敛问题及处理方法
• 2.4 本章小结
• 3 ANSYS有限元模型分析
• 3.1 引言
• 3.2 节点受力破坏过程及其特点
• 3.3 节点区的应力应变状态
• 3.4 本章小结
• 4 钢梁-钢筋混凝土柱节点受力性能试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验材料及性能
• 4.3 模型和支架尺寸
• 4.4 试验方案
• 4.4.1 加载制度
• 4.4.2 试件的屈服和破坏准则
• 4.4.3 加载设备和测量仪器
• 4.4.4 测量内容和方法
• 4.4.5 试验结果及分析
• 4.5 恢复力曲线特性
• 4.5.1 滞回特性
• 4.5.2 骨架曲线
• 4.5.3 钢梁-钢筋混凝土柱骨架曲线特点分析
• 4.6 本章小结
• 5 钢梁-钢筋混凝土柱节点的抗剪性能分析
• 5.1 引言
• 5.2 节点水平极限剪力的计算方法
• 5.3 节点受力机理分析
• 5.3.1 “框架-剪力墙”机构
• 5.3.2 核心区内部混凝土斜压杆机构
• 5.3.3 桁架机构和斜压杆机构
• 5.4 节点区材料对抗剪承载力贡献
• 5.4.1 混凝土部分
• 5.4.2 型钢腹板部分
• 5.4.3 箍筋部分
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢