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竖向斜交网格筒结构钢筋混凝土节点受力性能研究

作　者: 张建新
导　师: 周威
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 竖向斜交网格筒结构 钢筋混凝土节点 体积配箍率 加载方式 极限承载力
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


竖向斜交网格筒结构是超高层筒中筒的外筒创新结构型式,可实现建筑外观与结构体系较完美融合。由于竖向荷载及风、地震等水平荷载作用下,竖向斜交网格筒结构构件的内力主要表现为轴向力,外荷载组合下作为主要结构构件的巨型斜柱主要承担轴向压力、巨型围梁主要承担轴向拉力,因此,竖向斜交网格筒结构宜采用可充分发挥材料性能的配筋混凝土结构构件。由于此类结构的节点起着将巨型斜柱、巨型围梁及相关子结构连为整体的重要作用,因此,获得斜交网格筒结构钢筋混凝土节点的力学性能,进而提出其设计计算方法是该类结构合理可靠设计建造的着力点之一。考虑到竖向及水平荷载共同作用下斜交网格筒结构的立面交叉节点、空间汇交节点不同轴的两成对斜柱的轴力值存在差异,以等值加载或差值加载两种加载方式作为第一个基本参数;考虑到平面受力的立面交叉节点、斜柱转换节点以及三维受力的空间汇交节点的节点区混凝土将出现膨胀变形,以节点区体积配箍率作为第二个基本参数,设计制作了12个竖向斜交网格筒结构钢筋混凝土节点。为获得各类节点试件的节点区由加载至破坏的全过程受力性能,实现“强斜柱,弱节点区”,对试件斜柱进行了内置型钢或缠绕粘贴了CFRP布的加强措施。考虑到常规试验用加载架难以实现对平面及空间受力的节点试件加载与测试,以钢箱环梁为自平衡加载系统支撑单元,辅助以斜向加载支柱、楔形转向块等,实现了立面交叉节点、斜柱转换节点两类平面受力试件的试验加载系统;基于平面受力试件加载系统,辅助以常规反力架,实现了对空间汇交节点试件的试验加载系统。通过模型试验,揭示了立面交叉节点、斜柱转换节点、空间汇交节点试件中节点区的纵向压缩变形、横向膨胀变形、贯入纵筋应力、核心混凝土应力、箍筋应力等发展规律。试验结果表明,差值加载和等值加载对节点极限承载力的影响不大,各试件节点区均出现较大的横向膨胀变形,破坏前穿越节点区的斜柱纵筋应力均较大,节点区箍筋对节点区膨胀变形的约束效应显著。采用ABAQUS有限元软件对试件进行了非线性仿真分析,着重考察了三类试件混凝土、纵筋和箍筋等应力发展与分布,验证了模型试验结果。引入三类节点区箍筋对节点极限承载力影响系数,依据钢筋混凝土轴压短柱承载力计算理论,分别提出了钢筋混凝土立面交叉节点、斜柱转换节点、空间汇交节点的极限承载力计算公式;结合相关标准,初步提出了竖向斜交网格筒结构的钢筋混凝土节点设计建议。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-21
  1.1 概述  10-17
    1.1.1 竖向斜交网格筒结构发展  10-13
    1.1.2 研究背景  13-17
    1.1.3 研究目的与意义  17
  1.2 国内外研究现状  17-20
    1.2.1 国内研究现状  17-19
    1.2.2 国外研究现状  19-20
  1.3 存在问题  20
  1.4 本文拟开展的工作  20-21
第2章 竖向斜交网格筒结构钢筋混凝土节点试验  21-58
  2.1 试件设计与制作  21-28
    2.1.1 试件设计  21-27
    2.1.2 试件制作  27-28
    2.1.3 材料物理力学性能  28
  2.2 试验加载系统与测试系统  28-35
    2.2.1 试件加载系统设计  29-31
    2.2.2 试件加载系统实现  31-34
    2.2.3 测点布置与测试系统试件设备  34-35
  2.3 模型试验过程与试验现象  35-57
    2.3.1 加载过程  35-36
    2.3.2 试验现象  36-57
  2.4 本章小结  57-58
第3章 竖向斜交网格筒结构钢筋混凝土节点受力性能  58-77
  3.1 节点受力性能  58-69
    3.1.1 节点区刚度响应与位移  58-61
    3.1.2 斜柱钢筋（型钢）及碳纤维布应力应变  61-64
    3.1.3 节点区内钢筋应力应变  64-69
  3.2 节点承载力  69-76
  3.3 本章小结  76-77
第4章 竖向斜交网格筒结构钢筋混凝土节点非线性分析  77-90
  4.1 引言  77
  4.2 模型建立  77-81
    4.2.1 钢筋和混凝土本构模型  77-78
    4.2.2 单元及加载约束类型选取  78-81
  4.3 仿真分析结果与试验对比  81-89
  4.4 本章小结  89-90
第5章 竖向斜交网格筒结构钢筋混凝土节点设计建议与实例  90-98
  5.1 设计建议  90-92
    5.1.1 一般规定  90
    5.1.2 节点构型  90
    5.1.3 材料与截面选择  90-91
    5.1.4 承载力计算  91-92
  5.2 工程实例  92-97
  5.3 本章小结  97-98
结论  98-100
参考文献  100-103
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  103-105
致谢  105-106

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构
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