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钢梁—方钢管钢骨PP ECC柱节点的力学性能研究

作　者: 杨楠
导　师: 俞家欢
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 结构工程
关键词: PP ECC 方钢管-钢骨混凝土 梁柱节点 往复加载
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着我国城乡的快速发展,加上自然灾害的频频发生,建筑物又要向大空间、超高层的方向发展,人们对建筑物的结构要求也越来越重视。方钢管钢骨混凝土结构具有强度大,抗震性能优越,延性较好,施工时间短等优点,这些优点促使方钢管钢骨混凝土结构发展越来越广泛。方钢管钢骨混凝土结构应用的关键是其节点,所以开展方钢管钢骨混凝土梁柱节点的力学性能的研究,对方钢管组合结构的推广具有深远的意义和工程应用价值。聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(以下简称PP ECC)是将聚丙烯PP改性纤维加入到工程水泥基复合材料ECC中。PPECC具有抗压强度大、价格低、重量轻、耐久性强、韧性强、裂缝细密、抗冲击等特点。本文采用PPECC代替C60混凝土内置于方钢管中,钢骨内置于PPECC中,三者组成方钢管钢骨PPECC柱,这是新材料与新型重载柱的结合。PPECC的抗压强度比C60混凝土的抗压强度要大,PPECC替代C60混凝土与钢骨方钢管协同工作,会进一步提高柱子的承载力。这种结构发挥了两种材料的优势,做到了扬长避短。PPECC材料中的PP纤维有阻裂和增韧的作用,在出现裂缝情况时能让结构继续带伤工作,抑制裂缝的发展。本文利用ANSYS软件对该种组合柱的节点进行有限元分析计算,建立方钢管钢骨PPECC和C60梁柱节点两种模型,并分别对其进行静力和往复荷载有限元分析。通过试验与模拟结果的对比验证了模型的有效性。比较了有无加强环的方钢管混凝土节点性能,得出的结论是有加强环的梁柱节点变形更小,加强环与钢梁能更好的协同工作,两者的相互作用,一定程度上降低了梁柱节点的应力,提高了节点的承载力。通过对比内置方钢管材料的不同,得到内置PPECC的组合结构梁柱节点性能要强于内置C60混凝土的梁柱节点。尤其是往复荷载作用下,PPECC具有更大的优势,特别适用于地震区和高层建筑结构中。通过比较两种节点的刚度退化和位移延性系数,得至(?)PPECC节点比C60混凝土节点具有更好的延性,刚度退化较缓慢。PPECC在价格方面与C60混凝土价格相近,做到了等价优质的替换。另外,本文对结构的某一参数进行改变,如改变方钢管尺寸,改变壁厚,改变混凝土的等级等等,研究其对方钢管梁柱组合节点的力学性能影响。得出增大钢管壁厚、加大混凝土等级、增加方钢管尺寸对弹塑性阶段的承载力作用明显。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章 绪论  12-28
  1.1 钢骨—钢管混凝土组合结构  12-15
    1.1.1 基本原理  12
    1.1.2 主要特点  12-14
    1.1.3 发展概况  14-15
  1.2 重载柱的特性与应用  15-17
  1.3 钢骨—钢管混凝土组合结构研究现状  17-19
    1.3.1 内置十字形钢骨的圆钢管钢骨混凝土柱  17-18
    1.3.2 方钢管钢骨混凝土组合柱  18-19
  1.4 工程水泥基复合材料ECC  19-23
    1.4.1 ECC的诞生  19-20
    1.4.2 ECC的研究状况和发展趋势  20-21
    1.4.3 ECC在工程上的应用  21-23
  1.5 PP ECC  23-26
    1.5.1 PP ECC研究进展  23-25
    1.5.2 PP ECC力学性能  25-26
    1.5.3 PP ECC柱  26
  1.6 本文研究的主要内容及意义  26-28
第二章 材料的本构关系和有限元理论  28-38
  2.1 材料的本构关系  28-32
    2.1.1 钢材的本构关系  28-30
    2.1.2 混凝土的本构关系  30-32
    2.1.3 PP ECC的本构关系  32
  2.2 有限元模型建立的前期准备  32-38
    2.2.1 材料的选取  32-33
    2.2.2 单元的选取和网格的划分  33-34
    2.2.3 接触的建立  34-35
    2.2.4 约束条件与加载过程  35-36
    2.2.5 定义分析选项  36
    2.2.6 结果的后处理  36-38
第三章 钢梁—方钢管钢骨PP ECC柱节点的静力分析  38-62
  3.1 加强环式方钢管混凝土梁柱节点有限元分析  38-42
    3.1.1 材料的定义和屈服准则  38
    3.1.2 节点模型的建立  38-39
    3.1.3 节点有限元分析  39-42
  3.2 钢梁—方钢管钢骨柱节点的有限元分析  42-54
    3.2.1 模拟数据和资料  42-43
    3.2.2 节点模型的建立  43-45
    3.2.3 梁柱节点的有限元结果分析  45-48
    3.2.4 破坏时的力学性能研究  48-51
    3.2.5 核心区C60混凝土和PP ECC有限元分析  51-52
    3.2.6 方钢管的有限元分析  52-53
    3.2.7 钢骨的有限元分析  53-54
  3.3 不同方钢管壁厚对节点的力学性能影响  54-55
    3.3.1 模拟数据  54
    3.3.2 节点模型的建立  54-55
  3.4 不同强度的混凝土对节点的力学性能影响  55-57
    3.4.1 模拟数据  55-56
    3.4.2 节点模型的建立  56-57
  3.5 不同截面积的方钢管对节点力学性能的影响  57-60
    3.5.1 模拟数据  57-58
    3.5.2 节点模型的建立  58-60
  3.6 本章小结  60-62
第四章 循环荷载作用下钢骨—方钢管PP ECC梁柱节点有限元分析  62-76
  4.1 前言  62
  4.2 模型的建立和加载  62-65
    4.2.1 节点模型的建立  62-63
    4.2.2 约束和加载制度  63-65
  4.3 模拟结果分析  65-69
    4.3.1 破坏形态分析  65
    4.3.2 破坏时的力学性能研究  65-68
    4.3.3 核心区C60混凝土和PP ECC分析  68-69
  4.4 滞回曲线  69-75
    4.4.1 恢复力模型  69-70
    4.4.2 滞回曲线分析  70-72
    4.4.3 骨架曲线  72-73
    4.4.4 刚度退化分析  73-74
    4.4.5 位移延性系数  74-75
  4.5 本章小结  75-76
第五章 结论与展望  76-78
  5.1 结论  76
  5.2 展望  76-78
参考文献  78-82
作者简介  82
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  82-84
致谢  84

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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
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