学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的性能研究

作　者: 李毅
导　师: 何益斌
学　校: 湖南大学
专　业: 结构工程
关键词: 中空夹层钢管混凝土柱 钢－混凝土组合梁 T型钢连接件 组合节点 拟静力试验 力学性能 设计方法
分类号: TU398.9
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 130次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


中空夹层钢管混凝土是在内外两层同心钢管之间浇筑混凝土形成的组合构件，其内外层钢管取代了钢筋并对夹层混凝土产生约束作用，与传统的钢管混凝土构件相比，中空夹层钢管混凝土构件整体具有自重轻、抗弯刚度大、抗震性能好和耐火性能好的特性。目前对中空夹层钢管混凝土组合柱和钢管混凝土节点的研究国内外进行得较多，但对中空夹层钢管混凝土节点的研究还比较少，对节点的理论分析模型和计算方法都有待进一步研究。鉴于此，本文借鉴钢结构中常用的T型钢螺栓连接，将其引入组合节点中，采用贯穿柱身的双头等长高强度螺栓将中空夹层钢管混凝土柱与钢－混凝土组合梁连接在一起，从而形成一种新型的组合节点形式。在总结传统钢－混凝土组合节点的基础上，本文对该新型组合节点的性能进行了较为系统的试验研究、有限元模拟和理论分析并提出其相关的设计方法。主要的研究工作如下：（1）在广泛查阅国内外文献的基础上，对中空夹层钢管混凝土柱、钢－混凝土组合梁、T型钢连接和钢－混凝土组合梁节点的研究现状进行了较为全面的回顾和总结。并针对半刚性连接的特性进行了较为系统的分类以及对节点的弯矩－转角曲线的分析模型进行了探讨。（2）进行了6个十字形中空夹层钢管混凝土柱与钢－混凝土梁组合节点的拟静力试验研究。以柱轴压比、T型钢连接件尺寸、加劲肋、楼板厚度和楼板配筋率等为变化参数，采用梁端反对称加载形式，研究该组合节点的破坏特征、滞回性能、抗剪性能、承载力退化、刚度退化规律、耗能特性以及应变变化等力学性能。试验结果表明：尽管节点试件最终发生剪切破坏，但试件仍然具高的承载力、较大的初始转动刚度、良好的延性和耗能能力，说明其具有良好的抗震性能。（3）以节点试验为模型，分析时考虑节点组件的几何非线性、材料非线性和接触非线性问题，利用有限元软件ABAQUS对节点进行实体建模和网格划分，合理地模拟试验的边界条件和加载方式以及选择求解器，对节点受力进行全过程有限元分析。研究了组合节点中柱的轴压比变化、高强螺栓预拉力和钢筋混凝土楼板的组合效应等因素对节点受力性能的影响，将有限元分析结果与试验相比，二者吻合较好。同时获得了许多试验中无法得到的节点细部受力特性，如节点域柱夹层混凝土受力状况、T型钢翼缘接触应力分布规律、钢筋混凝土混凝土楼板的应力分布规律以及楼板主应力迹线分布特征等。（4）基于对十字形节点的传力机理分析，得出其可能出现的失效模式。在此基础上，采用弹性方法推导了节点开裂弯矩的计算公式；对比节点各个组件所确定的最大抗弯承载力和组合梁自身的最大抗弯承载力，推导了节点抗弯承载力计算公式；在分别建立节点域内外钢管腹板的三折线抗剪计算模型、节点域内外钢管翼缘的抗弯计算模型和节点域夹层混凝土的斜压杆计算模型的基础上，运用叠加原理建立了节点抗剪承载力计算公式；采用组件法建立了节点的初始转动刚度计算模型，由此建立了节点的弯矩－转角三段线骨架曲线模型；采用试验拟合法建立了考虑或不考虑滑移效应的荷载－位移滞回曲线三折线恢复力模型。（5）在总结全文试验研究、有限元模拟及理论分析的基础上，结合国内外的相关研究成果，提出了节点的抗弯承载力和抗剪承载力设计方法，以及提出了节点中相关组件的计算及构造措施建议，具体包括：中空夹层钢管混凝土柱、钢筋混凝土楼板、栓钉连接件、穿心螺栓、T型钢连接件、角焊缝和加劲肋等。上述研究成果表明：本文提出的T型钢螺栓连接组合节点具有良好的受力性能，能够满足地震区的组合框架结构或框筒结构的设计要求。本文的试验和理论研究成果可作为该类型组合节点在实际工程应用中的基础试验数据和理论依据。所建议的设计方法能为我国相关规范的编制提供有益补充和参考。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-13
第1章 绪论  13-37
  1.1 引言  13-16
  1.2 钢－混凝土组合构件和节点的研究概况  16-29
    1.2.1 中空夹层钢管混凝土柱的研究概况  16-18
    1.2.2 钢－混凝土组合梁的研究概况  18-19
    1.2.3 T 型钢连接节点的研究概况  19-25
    1.2.4 钢－混凝土组合梁节点的研究概况  25-29
  1.3 半刚性节点的特性和分析模型  29-35
    1.3.1 梁柱节点的分类方法  29-31
    1.3.2 半刚性节点的特性  31-32
    1.3.3 弯矩－转角曲线的分析模型  32-35
  1.4 课题的来源、研究目的和意义  35
  1.5 本文的主要研究工作  35-37
第2章 T 型钢连接梁柱组合节点的试验研究  37-77
  2.1 概述  37
  2.2 试验方案  37-47
    2.2.1 试件设计  37-40
    2.2.2 试件加工与安装  40-41
    2.2.3 材料性能试验  41-43
    2.2.4 试验装置设计  43-45
    2.2.5 加载制度  45-46
    2.2.6 数据采集  46-47
  2.3 试验过程及破坏特征  47-54
    2.3.1 试件 DSR1 和 DSR2  48-49
    2.3.2 试件 DSR3 和 DSR4  49-50
    2.3.3 试件 DSR5 和 DSR6  50-52
    2.3.4 组合柱内部破坏形态  52-54
    2.3.5 试件破坏特征  54
  2.4 试验结果分析  54-76
    2.4.1 滞回曲线  54-56
    2.4.2 骨架曲线  56-61
    2.4.3 承载力和刚度退化  61-64
    2.4.4 延性和耗能能力  64-66
    2.4.5 应变分析  66-76
  2.5 本章小结  76-77
第3章 T 型钢连接梁柱组合节点的有限元分析  77-100
  3.1 概述  77
  3.2 材料本构模型和破坏准则  77-83
    3.2.1 钢材本构模型  77-78
    3.2.2 钢材破坏准则  78-79
    3.2.3 混凝土本构模型  79-82
    3.2.4 混凝土破坏准则  82-83
  3.3 单元选取和网格划分  83-84
  3.4 有限元模型的建立  84-87
    3.4.1 建模的基本步骤  84-85
    3.4.2 高强螺栓预拉力的施加  85-86
    3.4.3 抗剪栓钉的模拟  86
    3.4.4 接触问题  86-87
  3.5 边界条件及加载方式  87-88
  3.6 求解器的选择  88
  3.7 有限元分析结果  88-99
    3.7.1 破坏形态  88-90
    3.7.2 抗弯承载力及 P－Δ曲线  90-91
    3.7.3 节点钢材应力分布  91-93
    3.7.4 中空夹层钢管混凝土柱应力分布  93-94
    3.7.5 钢筋混凝土楼板应力分布  94-96
    3.7.6 T 型钢翼缘接触应力分布  96-98
    3.7.7 穿心螺栓应力分布  98-99
  3.8 本章小结  99-100
第4章 T 型钢连接梁柱组合节点的理论分析  100-133
  4.1 概述  100
  4.2 中节点传力机理分析  100-102
  4.3 节点抗弯承载力分析  102-110
    4.3.1 节点开裂弯矩  102-103
    4.3.2 节点可能的失效模式  103-104
    4.3.3 正向弯矩作用下节点的抗弯承载力  104-108
    4.3.4 负向弯矩作用下节点的抗弯承载力  108-109
    4.3.5 试验验证  109-110
  4.4 节点抗剪承载力分析  110-117
    4.4.1 钢管的剪力－剪切变形曲线  110-112
    4.4.2 节点域混凝土的剪力－剪切变形曲线  112-115
    4.4.3 试验验证  115-117
  4.5 节点弯矩 M－转角θ骨架曲线  117-126
    4.5.1 节点的初始转动刚度  117-124
    4.5.2 M－θ骨架曲线模型  124-125
    4.5.3 试验验证  125-126
  4.6 节点荷载 P－位移Δ曲线恢复力模型  126-132
    4.6.1 P－Δ曲线骨架模型  127-128
    4.6.2 刚度退化规律  128-129
    4.6.3 P－Δ曲线恢复力模型  129-130
    4.6.4 试验验证  130-132
  4.7 本章小结  132-133
第5章 T 型钢连接梁柱组合节点的设计方法研究  133-144
  5.1 概述  133
  5.2 节点的抗弯承载力设计方法  133-134
  5.3 节点的抗剪承载力设计方法  134-135
  5.4 节点组件的计算和构造措施建议  135-142
    5.4.1 中空夹层钢管混凝土柱的计算和构造要求  135-136
    5.4.2 钢筋混凝土楼板的计算和构造要求  136-137
    5.4.3 栓钉连接件的计算和构造要求  137-138
    5.4.4 穿心螺栓的计算  138-141
    5.4.5 角焊缝的构造要求  141-142
    5.4.6 加劲肋的构造要求  142
  5.5 本章小结  142-144
结论与展望  144-148
参考文献  148-160
致谢  160-161
附录 A （攻读博士学位期间发表的学术论文）  161-162
附录 B （攻读博士学位期间参与完成的科研项目）  162

相似论文

  1. (ZrB2-ZrO2)/BN复合材料的反应热压烧结及其力学性能,TB332
  2. 超低碳贝氏体钢CO2激光-GMA复合焊接特性研究,TG456.7
  3. Mg-Zn-Y-Zr镁合金的组织结构和力学性能,TG146.22
  4. 废旧聚酯纺织品的回收再利用研究,X791
  5. 凝胶注模SiC-AlN复相陶瓷的制备工艺与性能研究,TQ174.62
  6. ODPA/异构ODA共聚酰亚胺的合成及其性能研究,TQ323.7
  7. 基于记忆双层面的产品设计方法研究,TB472
  8. 基于面料力学性能的职场衬衣外观形态保持性研究,TS941.1
  9. 增强体/聚丙烯腈复合纳米纤维的制备及性能研究,TB383.1
  10. 网页设计元素解析与探究,TP393.092
  11. 高分子合成纸的配方及纸状化性能的研究,TS71
  12. 小分子多元醇对丝素蛋白结构和性能的影响,R318.08
  13. 短切芳纶纤维增强水泥砂浆复合材料的力学性能研究,TU578.1
  14. 苏州古典园林入口空间研究,TU986.1
  15. 异形中空锦纶丝无缝针织物的舒适性与力学机械性能的研究,TS181
  16. 大豆蛋白纤维机织面料缝纫平整度的研究,TS941.63
  17. 薄型丝织物物理力学性能与缝纫缩皱关系的研究,TS941.15
  18. 玄武岩基/PPS针刺滤料的性能研究,TS176.5
  19. 静电纺丝素蛋白及制备增强型复合纳米纤维的研究,TB383.1
  20. 脉冲电流处理对14Cr2MoV钢显微组织性能的影响,TG142.11
  21. 喷气涡流纱织物性能的研究,TS104

中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 组合结构 > 其他组合结构
© 2012 www.xueweilunwen.com