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削弱梁端的方钢管混凝土柱—焊接钢梁节点选型及设计

作　者: 郭彦利
导　师: 周天华
学　校: 长安大学
专　业: 结构工程
关键词: 方钢管混凝土柱梁柱焊接连接削弱梁端非线性有限元节点选型抗震性能设计建议
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 98次
引　用: 2次
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内容摘要

方钢管混凝土结构作为一种新型组合结构，具有抗压强度高、承载力高、自重轻、施工方便、外形美观和造价经济的特点，因此，在中高层建筑中有较广泛的应用前景。然而，目前制约方钢管混凝土结构推广应用的主要问题是对方钢管混凝土柱—钢梁连接缺少深入研究，因此，开展针对中高层建筑的方钢管混凝土柱—钢梁节点研究，探讨合理、有效的节点构造方案，具有十分重要的理论意义和应用价值。本文在已有试验和现有削弱梁端节点方案特点的基础上，提出了节点的其他削弱形式，并采用有限元理论分析方法，对新的削弱形式的节点进行了系统的分析，主要有以下工作：提出了11种新型的方钢管混凝土柱—钥梁节点的形式，并且对新型节点进行了有限元理论研究，主要探讨了各种削弱节点的荷载—位移曲线，试件在水平荷载作用下梁端最大Mises应力的外移效果，梁柱相交处的Mises应力分布和削弱处的Mises应力分布，根据这些参量来调整各试件的削弱尺寸，直到梁端的应力分布达到较好效果，调整后的节点模型根据其单调加载后的受力性能，首先，对各试件进行排序；其次，从受力性能，施工是否方便，对成型建筑物室内装修效果的影响和建筑物所在地对节点抗震性能要求等方面，得出本文推荐形式；第三，利用非线性有限元分析软件ANSYS对推荐模型进行低周反复加载的受力性能分析；最后，提出新型削弱节点的设计建议。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
1.绪论  7-16
  1.1 引言  7-8
  1.2 钢管混凝土框架节点研究  8-14
    1.2.1 圆钢管混凝土柱节点  8-9
    1.2.2 方钢管混凝土柱节点  9-11
    1.2.3 近年来钢框架中的节点形式  11-14
  1.3 问题的提出及本文的主要工作  14-16
    1.3.1 目前存在的问题  14
    1.3.2 新型方钢管混凝土柱-钢梁节点连接方式的提出  14-15
    1.3.3 本文的主要工作  15-16
2.方钢管混凝土柱—钢梁连接的“削弱梁端”的构造形式  16-24
  2.1 引言  16
  2.2 削弱梁端翼缘  16-18
    2.2.1 梁端翼缘圆弧形切割  17
    2.2.2 梁端翼缘开单排孔  17-18
    2.2.3 梁端翼缘开双排孔  18
  2.3 削弱梁端腹扳  18-19
    2.3.1 梁端腹板开圆孔  19
    2.3.2 梁端腹板开长圆孔  19
  2.4 削弱梁端翼缘与腹板的的结合  19-23
    2.4.1 梁端翼缘开单排孔(孔径大小不一样)和腹板开圆孔结合  20-21
    2.4.2 梁端翼缘开单排孔(孔径大小不一样)和腹板开长圆孔结合  21
    2.4.3 梁端翼缘开单排孔(孔径大小一样)和腹板开圆孔结合  21
    2.4.4 梁端翼缘开单排孔(孔径大小一样)和腹板开长圆孔结合  21-22
    2.4.5 梁端翼缘开双排孔和腹板开圆孔结合  22
    2.4.6 梁端翼缘开双排孔和腹板开长圆孔结合  22-23
  2.5 梁端截面的初选削弱尺寸  23-24
3.三维非线性有限元基本理论及模型的建立  24-33
  3.1 引言  24
  3.2 对钢管内混凝土的处理  24-27
    3.2.1 混凝土单元  24-25
    3.2.2 混凝土材料的本构关系  25
    3.2.3 混凝土材料的破坏准则  25-27
  3.3 钢材的弹塑性本构关系及屈服准则  27
  3.4 节点有限元模型的建立及求解  27-33
    3.4.1 建立几何模型  27
    3.4.2 单元类型的选取及材性的定义  27-28
    3.4.3 网格划分  28-31
    3.4.4 加载和约束  31-32
    3.4.5 求解设定  32
    3.4.6 计算结果及后处理  32-33
4.削弱梁端的方钢管混凝土柱—钢梁的节点有限元分析  33-76
  4.1 引言  33
  4.2 试件、试验装置及试验结果  33-36
    4.2.1 试件  33
    4.2.2 试验装置  33-34
    4.2.3 试验加载制度及试验过程  34-35
    4.2.4 荷载位移滞回曲线、滞回曲线的骨架曲线  35
    4.2.5 试验结果分析  35-36
  4.3 单调加载的非线性有限元受力分析  36-70
    4.3.1 已有研究对RBS试件与试验试件单调加载时受力性能的对比  36-38
    4.3.2 本文提出初选截面模型试件与RBS试件P—△曲线和应力云图的比较  38-42
    4.3.3 模型尺寸的调整  42-44
    4.3.4 调整后模型的应力云图和P—△曲线  44-61
    4.3.5 计算结果数据对比表  61-63
    4.3.6 得出节点模型的推荐结论  63-64
    4.3.7 剩余模型的梁端应力分布  64-68
    4.3.8 推荐模型顺序  68-70
  4.4 第一、第二类推荐模型低周反复加载时的受力性能  70-73
    4.4.1 承载力  71-72
    4.4.2 延性和耗能能力  72-73
  4.5 削弱梁端的方钢管混凝土柱—钢梁节点的设计建议  73-76
    4.5.1 节点处的抗弯验算  73-74
    4.5.2 节点连接焊缝的抗剪验算  74-75
    4.5.3 节点处的构造规定  75-76
5.结语  76-78
  5.1 结论及建议  76-77
  5.2 今后尚待研究的问题  77-78
参考文献  78-80
致谢  80-81
已发表论文  81

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