矩形钢管混凝土树状节点受力分析

论文摘要

钢管混凝土树状节点是钢管混凝土分叉柱与矩形钢管混凝土柱-钢梁双十字型节点组合而成的新型节点形式。首先本文对此节点进行了四组六个1/2比例试件的试验研究,准确地量测了静力和低周期反复加载下的钢管和梁上应变值,以及梁端荷载位移曲线和低周期反复荷载下的滞回曲线数据。本文建立了三维非线性有限元模型,同时考虑材料、几何非线性和接触界面,对该矩形钢管混凝土树状节点进行了系统的研究。通过试验数据和有限元计算结果的比较分析,表明计算结果与试验数据吻合较好,验证了本文有限元模型的正确性,说明利用ANSYS分析该类复杂节点是可行的。通过试验和有限元得出的梁端荷载位移曲线和滞回曲线研究了该类钢管混凝土树状节点的抗震性能。本文还提取有限元计算结果,给出了钢管、核心混凝土以及内隔板的应力分布云图,图中清晰的显示了结构在荷载作用下的变形形态和节点薄弱区域,弥补试验无法观测钢管内受力情况的的缺陷,了解了该树状节点的传力途径,受力机理以及破坏形态。分析表明该节点在正常工作荷载作用下结构整体处于弹性状态,符合结构使用要求,从而丰富了节点样式。最后通过调整有限元模型,考虑了轴压比和钢管厚度的变化对该树状节点的受力性能的影响。论文的研究结果可以在一定程度上弥补该类钢管混凝土节点在研究方面的不足,为相关研究和设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 钢管混凝土柱的有限元分析进展
• 1.3 钢管混凝土梁柱节点的有限元分析进展
• 1.4 存在问题和本文的主要工作
• 2 钢管混凝土三维非线性有限元分析理论基础
• 2.1 三维非线性有限元基本理论
• 2.1.1 材料非线性有限元理论
• 2.1.2 几何非线性有限元理论
• 2.1.3 接触理论
• 2.2 钢管混凝土在有限元中的实现
• 2.2.1 钢管单元——等参板壳单元
• 2.2.2 混凝土单元
• 2.3 混凝土材料本构关系的选取
• 2.3.1 单调加载下矩形钢管约束混凝土的本构关系
• 2.3.2 循环加载下矩形钢管约束混凝土的本构关系
• 2.4 钢材的本构关系
• 2.4.1 单调加载下钢材本构关系
• 2.4.2 往复加载下钢材本构关系
• 3 钢管混凝土树状节点试验研究和有限元分析
• 3.1 试验研究
• 3.1.1 试件设计和试验目的
• 3.1.2 试验装置和加载制度
• 3.1.3 试验现象和破坏形态
• 3.2 有限元模型的建立和求解
• 3.2.1 模型简化和假定
• 3.2.2 单元的选取和参数的确定
• 3.2.3 边界条件和加载制度
• 3.2.4 树状节点模型的建立
• 3.2.5 求解设置
• 3.3 单调加载时钢管混凝土树状节点的非线性有限元分析
• 3.3.1 单调加载的荷载和位移（P—△）曲线
• 3.3.2 变形图
• 3.3.3 关键部位应力分布
• 3.3.4 钢管混凝土树状节点传力途径
• 3.4 低周期反复加载下钢管混凝土树状节点非线性有限元分析
• 3.4.1 非线性有限元模拟和实验滞回曲线的比较
• 3.4.2 非线性有限元模拟和实验骨架曲线的比较
• 3.4.3 变形图
• 3.4.4 关键部分应力图
• 3.4.5 钢管混凝土反复荷载下的传力分析
• 4 参数影响分析及设计建议
• 4.1 轴压比对节点受力性能的影响
• 4.2 钢管厚度（含钢率）对节点受力性能的影响
• 4.3 参数影响小结
• 4.4 设计建议
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录