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钢管混凝土柱—混凝土梁外加强环节点抗震性能研究

作　者: 张世春
导　师: 査晓雄
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢管混凝土梁柱节点抗震性能 ABAQUS有限元拟静力试验
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对核心混凝土的约束,使混凝土的强度得以提高,塑性、韧性大为改善。同时,由于核心混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲,从而保证钢管性能得以充分发挥,提高了抗震性能。目前为止,钢管混凝土得到广泛的应用,但钢管混凝土梁柱节点的研究并不完善,节点在实际应用中存在构造复杂、施工难度高、造价高等问题,限制了钢管混凝土的发展。而且目前主要使用的几种钢管混凝土柱—混凝土梁刚性节点将钢筋贯穿钢管柱,削弱了柱的承载力,且施工复杂。一般的环梁节点,依靠抗剪环梁传力,节点构造笨重,不利于空间使用,且浪费材料,穿心节点则降低了柱子的强度。本文所研究的是一种新型节点形式,采用钢管混凝土外加强换的方式连接混凝土梁,构造相对简单。本文主要进行了以下工作:1.以东莞市商业中心区海的广场为工程背景,共设计了焊接、搭接两类类节点(按钢筋与外环板的连接方式不同区分)。经相似性原理和实际试验条件考虑,设计了8个1:5试件模型,含钢率、材料等级、轴压比不变。考虑考虑二阶效应,采用柱端加载方式加载,进行低周期反复加载,对全过程进行记录。对测量系统进行合理布置,使用了高精度位移计和机电百分表测量位移,对需要分析应变的部位设置应变片,进行实时采集。为了研究轴压比对节点抗震性能的影响,本实验设置了轴压比为0.33的一组对比试验。2.对试验结果进评估,分析了破坏形态、延性系数、强度和刚度退化、耗能比和等效粘滞阻尼系数、应变片的应变变化。结果表明,所有节点的延性系数都在5以上,满足抗震性能的基本要求,耗能比和等效粘滞阻尼系数的结果均比一般的混凝土梁钢管混凝土柱节点效果好。相比之下,焊接类节点由焊缝保证传力,抗震性能最好,总耗能最大。搭接类短牛腿节点的暗牛腿较短,混凝土和牛腿的粘结力不足,传力效果较差,其破坏由混凝土抗拉破坏引起,节点破坏时钢筋没有屈服,受力性能较差;长牛腿节点粘结力较短牛腿的大,其耗能能力和延性比短牛腿节点好。3.利用有限元软件ABAQUS进行试验模拟及分析,本节点涉及到不同种类材料相互联系,采用传统的梁柱体系建模时难以实现。对于焊接类节点,本文采用梁柱一体,按立面外形和材料变化分层建模,混凝土采用损伤本构关系。对节点按照钢筋和环板的连接方式分为两种建模方式,焊接节点梁上保护层和柱子连为一体;而搭接节点建模思想相同,考虑了搭接节点的影响。本文对滞回曲线和骨架曲线进行了模拟,骨架曲线吻合良好。用有限元分析了各节点的受力特性,结果发现模拟的各类节点破坏情况和试验相符。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 钢管混凝土梁柱节点研究背景  10-11
    1.1.1 钢管混凝土应用  10
    1.1.2 地震的危害  10-11
  1.2 研究目的及意义  11
  1.3 国内外钢管混凝土梁柱节点抗震性能研究现状  11-17
    1.3.1 钢管混凝土柱节点抗震性能目前的研究状况及问题  11-12
    1.3.2 国内外钢管混凝土梁柱节点的设计思路  12-13
    1.3.3 钢管混凝土梁柱常用节点形式  13-17
  1.4 本文主要研究内容  17-19
第2章钢管混凝土节点试验设计  19-38
  2.1 引言  19-20
  2.2 钢管混凝土节点试件设计  20-27
    2.2.1 工程概况  20-22
    2.2.2 节点形式的选取  22-23
    2.2.3 试验缩尺模型的设计与制作  23-27
  2.3 试验装置  27-29
  2.4 试验测量内容及测点布置  29-32
    2.4.1 高精度位移计和机电百分表布置  29
    2.4.2 应变片布置  29-32
  2.5 实验方法  32-34
    2.5.1 加载制度  32-33
    2.5.2 加载程序  33
    2.5.3 数据采集  33-34
  2.6 材性试验  34-37
    2.6.1 钢筋材性试验  34
    2.6.2 钢材材性试验  34-35
    2.6.3 混凝土材性试验  35-37
  2.7 本章小结  37-38
第3章钢管混凝土节点试验过程及结果分析  38-56
  3.1 引言  38
  3.2 试验过程及破坏形式  38-43
    3.2.1 焊接类节点  39-41
    3.2.2 搭接类节点  41-43
  3.3 水平荷载-水平位移(P-Δ)曲线  43-50
    3.3.1 滞回曲线  43-45
    3.3.2 节点耗能性能  45-47
    3.3.3 骨架曲线及延性系数  47-49
    3.3.4 不同参数对延性的和耗能的影响  49-50
  3.4 强度和刚度的退化  50-52
    3.4.1 强度退化  50-51
    3.4.2 刚度退化  51-52
  3.5 应变分析  52-55
  3.6 本章小结  55-56
第4章钢管混凝土节点非线性有限元分析  56-71
  4.1 引言  56-57
  4.2 材料的本构关系模型  57-60
  4.3 ABAQUS 有限元分析  60-69
    4.3.1 有限元模型建立  60-62
    4.3.2 试验与计算P-Δ曲线比较  62-66
    4.3.3 节点受力分析  66-69
  4.4 本章小结  69-71
结论  71-73
参考文献  73-78
攻读学位期间发表的学术论文  78-80
致谢  80

钢管混凝土柱—混凝土梁外加强环节点抗震性能研究

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