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矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点试验研究

作　者: 万方贵
导　师: 丁永君
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: 矩形钢管混凝土柱 H型钢梁低周反复荷载试验抗震性能焊接非线性有限元分析
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,方钢管混凝土柱-H型钢梁组成的框架体系已经成为钢结构的一个重要发展方向,而该体系中梁柱连接节点的性能是影响结构整体性能的关键所在,节点既要可靠,能够在各种荷载作用下有效地传递弯矩和剪力,又要有利于施工和现场操作。目前对于该结构体系的节点形式研究较少。本文在总结国内外关于钢管混凝土梁柱节点研究的基础之上,以天津泰达广场CBD工程A、B区超高层项目为课题背景。采用实验与理论分析相结合的方法,对四种不同的梁柱连接节点形式进行研究,主要研究内容与成果如下:(1)在国内首次采用了柱端加载的方式进行了四类不同节点形式六个足尺试件的低周反复循环加载试验,介绍了各试件的破坏过程及破坏特征,比较分析了节点的应变分布、最大承载力、延性、耗能能力、刚度退化、强度退化等性能。试验结果表明,在保证焊接及安装质量的前提下,本文所研究的四种节点形式均具有较高的承载力及良好抗震性能,在梁翼缘两侧焊接加强板有利于节点承载力的提高,矩形钢管中填充混凝土有利于减小节点核心区的剪切变形,提高节点的强度及刚度。(2)采用有限元分析软件ANSYS对各试件的受力进行非线性模拟分析,并将理论分析结果与试验结进行对比,分析表明,只要参数选取得当,理论分析结果与试验结果吻合良好。理论分析得到的应力云图弥补了试验无法直观了解节点区的应力分布情况。同时分析了各种参数改变对于节点受力性能的影响。(3)根据试验及理论分析结果,本文结尾对实际工程中节点的构造设计及制作提出合理建议,同时对今后新型节点的研究工作提出新的展望。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-18
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 钢结构节点连接的分类  9-12
  1.3 国内梁柱连接节点的研究现状  12-13
    1.3.1 我国钢结构设计方法  12
    1.3.2 我国钢结构梁柱连接节点研究现状  12-13
  1.4 国外梁柱连接节点的研究现状  13-15
    1.4.1 脆性破坏机理分析  13-14
    1.4.2 新型节点设计  14-15
  1.5 中美建筑抗震设计及试验方法对比  15-16
    1.5.1 结构抗震设计方法的异同  15
    1.5.2 结构抗震试验方法的异同  15-16
  1.6 研究中存在的问题及本文研究内容  16-18
第二章拟静力试验方案  18-32
  2.1 概述  18
  2.2 材性试验  18-19
  2.3 构件设计  19-24
  2.4 试验加载装置设计  24-25
  2.5 试验加载制度设计  25-26
    2.5.1 预加载  25
    2.5.2 正式加载  25-26
  2.6 量测装置  26-32
第三章试验现象与结果分析  32-56
  3.1 概述  32
  3.2 试验现象与破坏过程  32-38
    3.2.1 JD-1 的试验现象与破坏过程  32
    3.2.2 JD-2 的试验现象与破坏过程  32-34
    3.2.3 JD-3 的试验现象与破坏过程  34
    3.2.4 JD-4 的试验现象与破坏过程  34-36
    3.2.5 JD-5 的试验现象与破坏过程  36
    3.2.6 JD-6 的试验现象与破坏过程  36-38
  3.3 节点区应变分析  38-43
  3.4 节点的抗震性能分析  43-54
    3.4.1 节点的滞回性能  43-46
    3.4.2 骨架曲线的分析和比较  46-47
    3.4.3 节点延性分析  47-49
    3.4.4 节点耗能能力分析  49-51
    3.4.5 节点强度退化分析  51-52
    3.4.6 节点刚度退化系数的分析和比较  52-54
  3.5 节点拟静力试验小结  54-56
第四章有限元非线性分析  56-72
  4.1 引言  56
  4.2 建立ANSYS 有限元模型  56-59
    4.2.1 ANSYS 有限元概述  56-57
    4.2.2 非线性结构分析  57
    4.2.3 材料本构关系及破坏准则  57-58
    4.2.4 有限元模型  58-59
  4.3 有限元计算结果和试验结果对比  59-65
    4.3.1 有限元模拟和试验的滞回曲线比较  60-62
    4.3.2 有限元模拟和试验的骨架曲线比较  62-64
    4.3.3 有限元模拟和试验结果的耗能能力比较  64-65
  4.4 应力分布  65-69
  4.5 参数分析  69-71
    4.5.1 核心混凝土强度等级的影响  69
    4.5.2 内隔板厚度的影响  69-70
    4.5.3 加强板长度的影响  70-71
  4.6 本章小结  71-72
第五章结论与展望  72-75
  5.1 本文结论  72-73
  5.2 展望  73-75
参考文献  75-78
发表论文和参与科研情况说明  78-79
致谢  79

矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点试验研究

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