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钢梁—型钢混凝土柱节点的力学性能研究及有限元分析

作 者: 崔田田
导 师: 高福聚
学 校: 中国石油大学
专 业: 结构工程
关键词: 型钢混凝土组合结构 节点 有限元 粘结滑移 非线性
分类号: TU398.9
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 54次
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内容摘要


型钢混凝土组合结构越来越多的应用于高层、超高层的建筑结构中,但是目前对其进行的研究还不够深入,使用也不够规范,特别是缺乏对钢梁和型钢混凝土柱组合结构的研究。这样就不利于此种结构在大跨度结构中的使用,因此,需要我们来进一步的了解和分析。本文使用有限元软件ANSYS对钢梁—型钢混凝土柱节点的力学性能进行了非线性力学分析和研究。在选定好单元类型及各种参数之后,本文采用分离式建模。根据研究内容共建立了6个试件,分别对其进行了非线性分析,计算结果均收敛,节点为剪切破坏,得出其应力云图。讨论了腹板屈服时、节点破坏时,型钢腹板与核心区混凝土的受力情况,对其破坏的过程和受力机理进行了详细的阐述。为了更好的了解组合结构节点的受力特点,分析了混凝土保护层厚度、混凝土强度等级、节点区箍筋、节点区的翼缘框对节点受力性能的影响。通过分析得出:节点的承载力和抗剪能力都随着混凝土等级的提高而提高;节点屈服之前,节点区抗剪以混凝土为主,达到极限阶段,节点抗剪以型钢腹板为主;节点区配置一定的箍筋,有利于节点变形能力的提高,能够增强型钢与混凝土之间的变形协调能力;节点区翼缘框的存在,能很好的约束核心区的混凝土,构成“钢框架—剪力墙”的受力体系,提高了节点的承载力,增大了节点的延性性能。对模型SRCN-4节点在轴压比为0、0.25、0.4、0.55的情况下进行了分析,得出了轴压比对节点的刚度和抗开裂性能都有利的结论。在模型SRCN-1和SRCN-4的型钢与混凝土之间引入双弹簧单元,考虑型钢与混凝土的粘结滑移对节点受力的影响。在考虑粘结滑移以后,节点的刚度降低,延性增大,屈服荷载和极限荷载都有所减小,而屈服位移和极限位移都有所增大。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 概述  10-12
    1.1.1 型钢混凝土组合结构的优点  11
    1.1.2 型钢混凝土组合结构的缺点  11-12
  1.2 型钢混凝土组合结构在国内外的应用  12
  1.3 型钢混凝土组合结构节点的研究现状  12-13
    1.3.1 国外的研究现状  12-13
    1.3.2 国内的研究现状  13
  1.4 我国目前型钢混凝土组合结构节点研究中的不足之处  13-14
    1.4.1 对SRC 的结构类型研究比较片面  13-14
    1.4.2 节点的传力机理不够明确  14
    1.4.3 节点的抗震性能研究较少  14
    1.4.4 节点的承载力计算公式还有待于进一步的完善  14
    1.4.5 对型钢高强混凝土组合结构节点的研究比较少  14
  1.5 课题的研究意义  14-15
  1.6 课题的研究内容  15
  1.7 本章 小结  15-16
第二章 型钢混凝土组合结构节点的设计理论  16-24
  2.1 型钢混凝土组合结构节点的构造  16-17
    2.1.1 节点的一般构造  16
    2.1.2 型钢的连接方式  16-17
  2.2 型钢混凝土组合结构节点的受力机理及受力影响因素  17-20
    2.2.1 节点的受力机理  17-19
    2.2.2 SRC 节点的受力影响因素  19-20
  2.3 型钢混凝土组合结构节点区承载力计算  20-23
    2.3.1 节点的抗裂计算  20-21
    2.3.2 节点的抗剪承载力计算  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章 型钢混凝土组合结构的粘结滑移性能  24-30
  3.1 粘结滑移的基本机理  24-25
  3.2 影响粘结滑移的基本因素  25-26
    3.2.1 混凝土的强度  25
    3.2.2 型钢的保护层厚度  25
    3.2.3 型钢表面情况  25
    3.2.4 横向配箍率  25-26
  3.3 粘结滑移的基本方程  26-27
  3.4 有限元中型钢混凝土粘结滑移的本构关系  27-28
  3.5 剪力连接件的概述  28-29
  3.6 本章小结  29-30
第四章 型钢混凝土节点的ANSYS 有限元分析  30-50
  4.1 建模理论基础  30-43
    4.1.1 单元类型  30-33
    4.1.2 混凝土材料的本构关系  33-42
    4.1.3 钢材的本构关系  42-43
  4.2 荷载及边界条件  43-45
  4.3 有限元参数输入及模型情况  45-48
  4.4 计算的收敛问题  48-49
  4.5 本章小结  49-50
第五章 ANSYS 有限元计算分析结果  50-73
  5.1 无粘结滑移时的ANSYS 有限元分析结果  50-57
    5.1.1 模型的荷载—变形曲线  50-53
    5.1.2 型钢腹板屈服时的应力情况  53-55
    5.1.3 节点破坏时的应力情况  55-57
  5.2 混凝土等级的影响分析  57-58
  5.3 混凝土保护层厚度的影响  58-60
  5.4 节点区箍筋对节点受力性能的影响  60-61
  5.5 翼缘框对节点受力性能的影响  61-63
  5.6 轴压比对节点受力性能的影响  63-64
  5.7 考虑粘结滑移对节点受力性能的影响  64-71
    5.7.1 粘结滑移单元的本构关系  64-65
    5.7.2 Combin39 单元 F-D 曲线的确定  65-67
    5.7.3 建立有限元模型  67-69
    5.7.4 考虑粘结滑移的 ANSYS 有限元分析结果  69-70
    5.7.5 节点的变形情况及混凝土的开裂情况  70-71
  5.8 本章小结  71-73
第六章 结论与展望  73-75
  6.1 结论  73-74
  6.2 展望  74-75
参考文献  75-78
致谢  78

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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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