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型钢混凝土框架梁柱节点受力性能研究

作　者: 徐珍珍
导　师: 郭秉山
学　校: 西安科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 型钢混凝土框架边节点轴压比抗剪承载力
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

型钢混凝土结构（SRC）作为一种新型的结构形式，充分发挥了钢与混凝土两种材料的优良特性，逐渐成了高层和超高层建筑的主要结构形式之一。节点连接梁柱，是框架的关键部位，梁和柱的内力通过节点传递，节点工作的安全可靠是保证结构正常工作的前提。节点受力复杂，通常处于压弯剪复合应力状态，因此研究并弄清楚节点的受力性能、破坏机理，使节点设计得传力明确、计算可靠、构造合理非常重要。本文就SRC框架边节点的抗震性能进行研究，提出设计建议，具有一定的理论意义和工程应用价值。本文考虑材料非线性和几何非线性，利用有限元软件ANSYS对型钢混凝土框架边节点在单调荷载和循环荷载作用下的破坏过程和受力机理进行了深入研究。改变轴压比、混凝土强度和配箍率建立了12个有限元模型。根据模拟计算结果，得到了试件梁端竖向荷载与位移的滞回曲线和骨架曲线，讨论各因素对滞回曲线和骨架曲线的影响,研究了节点的延性性能和耗能能力，并对节点核心区型钢、箍筋以及梁、柱钢筋进行应力和应变分析。研究结果表明，轴压力对于提高节点抗裂度、刚度以及承载力的影响较明显；在低轴压比情况下随着轴压比的提高,节点的延性性能和耗能能力有适当增强但总体变化不大。在一定范围内，提高混凝土强度等级可适当增加延性，增强耗能能力。在混凝土强度等级、轴压比不变的情况下，随着配箍率的提高，构件的强度及刚度逐渐增大，延性性能和耗能能力有小幅提高。基于有限元分析结果，进行了节点核心区受力及传力机理分析，确定了节点抗剪的各组成部分,通过考虑配箍率确定了节点抗剪计算中混凝土强度影响系数，以及型钢腹板应力分布不均匀对型钢抗剪承载能力的影响，提出了型钢高强混凝土框架节点抗剪承载能力计算公式。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-19
  1.1 概述  9-10
  1.2 型钢混凝土框架结构的应用与发展  10-12
  1.3 节点在型钢混凝土结构中的作用  12-14
    1.3.1 节点的受力特点  12-13
    1.3.2 型钢混凝土节点的连接形式  13-14
  1.4 型刚混凝土梁柱节点的研究现状与发展趋势  14-17
    1.4.1 国内外试验研究  14-15
    1.4.2 国内外有限元分析研究  15-16
    1.4.3 存在的问题  16-17
  1.5 我国现有规范对节点设计的规定  17-18
    1.5.1 节点核心区剪力设计值  17
    1.5.2 节点受剪承载力  17-18
  1.6 本文研究工作任务  18-19
2 型钢混凝土结构有限元理论基础及受力性能的主要指标  19-32
  2.1 有限元基本理论  19-21
    2.1.1 结构的离散化，输入或生成有限元网格  19
    2.1.2 单元分析  19-20
    2.1.3 总体分析  20-21
  2.2 Mises 模式简介  21-23
    2.2.1 屈服条件  21
    2.2.2 弹塑性矩阵的推导  21-23
  2.3 塑性理论  23-24
    2.3.1 屈服条件  23
    2.3.2 流动法则  23-24
    2.3.3 硬化准则  24
  2.4 有限元非线性问题求解的基本方法  24-27
    2.4.1 增量法  25
    2.4.2 直接法  25
    2.4.3 混合法  25-27
  2.5 受力性能的主要指标  27-32
    2.5.1 材料的基本性能  27-29
    2.5.2 耗能能力和延性  29-31
    2.5.3 刚度及刚度退化  31-32
3 型钢混凝土节点的非线性有限元分析  32-42
  3.1 混凝土的破坏准则  32-35
  3.2 型钢混凝土的本构关系  35-37
    3.2.1 混凝土的本构模型的选取  35-36
    3.2.2 钢筋的本构关系  36-37
    3.2.3 型钢的本构关系  37
  3.3 型钢混凝土结构有限元模拟  37-40
    3.3.1 钢筋混凝土有限元模型  37-38
    3.3.2 混凝土单元——SOLID65  38
    3.3.3 钢筋单元——LINK８  38-39
    3.3.4 型钢单元——SOLID45  39
    3.3.5 型钢混凝土有限元模型  39-40
  3.4 几何模型的建立  40-42
    3.4.1 材料参数的输入及单元划分  40-41
    3.4.2 边界条件及荷载  41
    3.4.3 计算收敛问题及处理方法  41-42
4 型钢混凝土边节点受力性能分析  42-70
  4.1 试件的设计  42-44
    4.1.1 BASE 试件的设计  42-43
    4.1.2 参数试件的设计  43-44
  4.2 有限元模型的建立  44-47
    4.2.1 计算假定  44
    4.2.2 材料性能指标的选取  44-45
    4.2.3 网格的划分  45-46
    4.2.4 边界条件及荷载控制  46-47
  4.3 有限元计算结果与分析  47-70
    4.3.1 BASE 试件  47-56
    4.3.2 JDZY 系列试件  56-60
    4.3.3 JDCQ 系列试件  60-64
    4.3.4 JDGJ 系列试件  64-70
5 型钢混凝土边节点抗剪承载力分析  70-81
  5.1 型钢高强混凝土节点受力机理  70-72
  5.2 型钢混凝土梁、柱节点抗剪承载力理论分析  72-81
    5.2.1 钢骨腹板承载力  73-76
    5.2.2 箍筋抗剪承载力  76-77
    5.2.3 混凝土抗剪承载力  77-81
6 结论  81-83
  6.1 结论  81
  6.2 展望  81-83
致谢  83-84
参考文献  84-85

型钢混凝土框架梁柱节点受力性能研究

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