方钢管混凝土柱-削弱梁端的钢与混凝土组合梁框架节点受力性能研究

摘要

本文在总结国内外关于钢管混凝土框架节点研究的基础上，根据本课题组前期已有试验和理论研究成果，设计了一组“带内隔板的方钢管混凝土柱-削弱梁端的钢与混凝土组合梁框架节点”试件；采用通用有限元程序ANSYS，对上述节点进行了三维建模，并模拟分析了节点在单调和低周反复荷载作用下的受力性能；有限元模型中，钢材采用Von.Mises屈服条件和运动强化本构关系，混凝土采用William-Warnke五参数破坏准则和弹塑性本构关系；通过计算，得到了“框架节点”的荷载-位移曲线、节点区的应力和应变分布规律及破坏情况；考察了轴压比大小对节点受力性能的影响。研究发现，本文“框架节点”均表现出较好的延性及耗能性能；混凝土楼板的组合作用可以适当提高节点的刚度和承载力，且对削弱梁端节点区的应力和应变分布影响较小；节点的承载力和延性随着柱顶轴压力的增大而逐渐下降。 根据有限元模拟分析得到的滞回曲线，提出了“框架节点”的恢复力模型曲线，骨架曲线采用简化四折线或五折线模型，滞回曲线采用简化三折线模型，简化曲线与有限元计算曲线对比，吻合较好，且形式简单。 当为8度设防III、IV类场地和9度设防时，本文“框架节点”可以作为框架结构梁柱刚性连接时采用的新型连接方式。最后，对节点连接的抗弯和抗剪承载力计算提出了设计建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2问题的提出

1.3国内外相关研究概况

1.3.1方钢管混凝土柱-钢或钢与混凝土组合梁节点的相关研究

1.3.2钢柱-钢与混凝土组合梁节点的相关研究

1.3.3钢柱-削弱梁端钢与混凝土组合梁节点的相关研究

1.3.4钢管混凝土梁柱节点的有限元模拟分析研究概述

1.4本论文研究的主要内容

第二章方钢管混凝土柱-削弱梁端组合梁框架节点模型的选取及三维非线性有限元分析方法

2.1引言

2.2本文框架节点模型的确定

2.2.1本文框架节点所采用的试验模型简介

2.2.2本文钢梁梁端的削弱形式及尺寸确定

2.2.3钢筋混凝土楼板宽度的确定

2.2.4组合梁栓钉个数的确定

2.3本文框架节点的有限元分析理论简介

2.3.1单元类型的选取

2.3.2钢材的本构关系

2.3.3混凝土本构关系、破坏准则及相关参数的确定

2.3.4钢筋混凝土有限元模型

2.4本文框架节点三维非线性有限元模型的建立及求解

2.4.1框架节点实体模型的建立

2.4.2定义材料属性和单元类型

2.4.3模型的边界约束及加载

2.4.4求解设定

2.4.5计算结果的后处理

2.5本文框架节点有限元模型建模方法的有效性验证

2.5.1有效性验证的对比试件简介

2.5.2有限元理论计算结果与试验结果对比

2.6本章小结

第三章方钢管混凝土柱-削弱梁端组合梁框架节点的三维非线性有限元分析

3.1引言

3.2“狗骨式”梁端削弱节点模型单调加载下的非线性有限元分析

3.2.1单调加载的荷载与位移(P-△)曲线

3.2.2节点的内力分布

3.3其它削弱梁端形式框架节点模型单调加载下的非线性有限元分析

3.3.1单调加载的荷载与位移(P-△)曲线

3.3.2节点区钢梁梁端内力分布情况

3.4轴压比为0.56时各种梁端削弱形式框架节点的受力性能

3.4.1轴压比为0.56时单调加载的荷载与位移(P-△)曲线

3.4.2节点区钢梁梁端内力分布情况

3.5节点模型低周反复加载下的非线性有限元分析

3.5.1模型的加载

3.5.2模型的破坏情况

3.5.3有限元模拟的滞回曲线

3.5.4模型有限元分析的骨架曲线

3.5.5模型的延性及耗能指标

3.6本章小结

第四章方钢管混凝土柱-削弱梁端组合梁框架节点的恢复力模型初探

4.1引言

4.2方钢管混凝土框架的恢复力模型简介

4.2.1方钢管混凝土框架的骨架曲线

4.2.2方钢管混凝土框架的P-△简化滞回模型

4.3本文方钢管混凝土柱-削弱梁端组合梁框架节点恢复力模型

4.3.1本文组合梁框架节点的骨架曲线

4.3.2本文组合梁框架节点的P-△恢复力滞回模型

4.4本章小结

第五章方钢管混凝土柱-削弱梁端组合梁框架节点的承载力分析

5.1引言

5.2方钢管混凝土柱-组合梁框架节点的梁端抗弯承载力分析

5.3方钢管混凝土柱-组合梁框架节点的梁端抗剪承载力计算

5.4本章小结

结语

1结论

2今后尚待研究的问题

参考文献

攻读硕士学位期间的发表论文与参与科研情况

致谢