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钢管混凝土框架梁柱连接工作性能的分析研究

作　者: 谢士华
导　师: 梁书亭
学　校: 东南大学
专　业: 防灾减灾及防护工程
关键词: 钢管混凝土半刚性连接钢加强环初始刚度有限元串并联弹簧判别标准
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 192次
引　用: 3次
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内容摘要

钢管混凝土结构是充分利用钢和混凝土各自优点组合而成的一种新型结构形式,它以其良好的工作性能受到了越来越多工程设计人员和开发商的青睐。然而,由于其连接形式的多样性和受力形式的复杂性,目前还未能建立实用、有效的连接区工作性能的评判标准,造成了在框架梁柱连接设计中关于内力分析方法、抗震性能评定以及构造要求等的差异较大。基于此,本文通过理论分析与试验研究相结合的方法对钢管混凝土梁柱连接的构造、初始刚度、局部受力以及连接的刚性判断标准等方面进行了探讨。通过对实际工程中使用过的多种连接进行的理论分析,结果发现,梁端的剪力能通过连接得到有效的传递,而在梁端弯矩的传递方面存在一定差异;钢加强环、钢牛腿以及钢筋混凝土环梁是常用的几种弯矩传递形式,虽然对这些连接在承载力方面进行了较多的研究,但在计算模型的选取上存在一定差异,其主要原因是未对刚性进行系统研究。本文采用了由串并联弹簧组成的机械分析模型,对应用较多的加强环式连接的初始刚度进行了分析,给出了连接初始刚度的计算公式;对公式中的参数进行了理论推导,且与有限元分析的结果比较吻合。又利用有限元软件ANSYS对加强环的受力进行了分析,结果表明加强环的宽度对整体的刚度影响最大,其中环越宽刚度越小;另外,梁的宽度对加强环的刚度也有一定的影响。对钢加强环式连接进行了三个模型试验,结果表明加强环式连接变形较小,连接的刚度较大;加强环能很好地约束节点核心区,有效地提高连接部位的整体性;肋板能有效地传递梁端剪力,加强连接各部件间的共同工作;连接的扭转变形对抗弯刚度有一定的影响,但在实际工程中由于楼板的作用,这种影响将会明显减小;钢结构部分的加工误差和缺陷对连接的工作性能有一定的影响,在实际设计中应予以避免。依据半刚性框架与刚性框架的受力、变形的对比分析,给出了连接的刚性、半刚性及铰接判断方法的一般标准,并通过理论分析对半刚性框架的设计方法进行了初步探讨。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-19
  1.1 选题背景及其意义  10-13
    1.1.1 钢管混凝土结构的特点  10
    1.1.2 钢管混凝土结构的应用与研究  10-12
    1.1.3 半刚性框架的特点与研究  12-13
  1.2 钢管混凝土梁柱连接的研究现状  13
  1.3 半刚性连接的研究现状  13-14
  1.4 问题的提出  14-15
  1.5 本文的主要研究内容  15
  参考文献  15-19
第二章钢管混凝土梁柱连接形式及性能分析  19-27
  2.1 引言  19
  2.2 钢梁-钢管混凝土柱连接  19-22
    2.2.1 加强环式连接  19-21
    2.2.2 钢筋锚入式连接  21-22
    2.2.3 锚板、锚钉式连接  22
    2.2.4 钢梁穿心式连接  22
  2.3 RC 梁-钢管混凝土柱连接  22-25
    2.3.1 加强环式连接  23
    2.3.2 劲性环梁式连接  23-24
    2.3.3 穿心牛腿式连接  24
    2.3.4 钢筋穿过式连接  24
    2.3.5 环梁式连接  24
    2.3.6 钢筋环绕式连接  24-25
  2.4 本章小结  25
  参考文献  25-27
第三章钢管混凝土梁柱连接的初始刚度及局部受力  27-40
  3.1 引言  27
  3.2 梁柱连接的受力分析  27-28
  3.3 框架及其梁柱连接的变形  28-29
  3.4 加强环式梁柱连接的初始刚度  29-35
    3.4.1 力学模型的建立  29-30
    3.4.2 基本参数的确定  30-33
    3.4.3 连接的初始刚度  33-34
    3.4.4 考虑柱弯曲引起的连接转动  34-35
  3.5 加强环受力有限元分析  35-38
    3.5.1 模型及材料  35
    3.5.2 模型的建立及分析  35-37
    3.5.3 结果分析  37-38
  3.6 理论分析与有限元分析结果对比  38
  3.7 本章小结  38-39
  参考文献  39-40
第四章试验研究  40-51
  4.1 引言  40
  4.2 试件的设计与制作  40-43
    4.2.1 模型的选取  40
    4.2.2 试件设计  40-42
    4.2.3 材料力学指标  42
    4.2.4 试件实测尺寸  42-43
  4.3 试验概况  43-46
    4.3.1 加载装置  43
    4.3.2 加载制度  43-44
    4.3.3 量测方式及量测内容  44
    4.3.4 试验过程及破坏形态  44-46
    4.3.5 主要试验指标及破坏形态  46
  4.4 试验结果分析  46-50
    4.4.1 加强环应变测试结果  46
    4.4.2 钢梁的应变测试结果  46-47
    4.4.3 肋板的应变的测试  47
    4.4.4 钢管的应变测试  47
    4.4.5 连接的转角  47-50
  4.5 理论分析与试验结果对比  50
  4.6 本章小结  50
  参考文献  50-51
第五章梁柱连接的刚性判断及半刚性框架设计  51-66
  5.1 引言  51
  5.2 梁柱连接的刚性判断方法  51-52
  5.3 框架受力变形分析  52-56
    5.3.1 连接分析模型的建立  52-53
    5.3.2 模型的内力及变形计算  53-56
  5.4 刚性划分标准  56-64
    5.4.1 按正常使用极限状态进行划分  56-59
    5.4.2 按承载能力极限状态进行划分  59-64
  5.5 半刚性框架设计的初步探讨  64-65
  5.6 本章小结  65
  参考文献  65-66
第六章结论及设计建议  66-69
  6.1 本章的主要结论  66
  6.2 设计建议  66-68
    6.2.1 连接形式的概念设计  66-67
    6.2.2 加强环式连接的初始刚度  67
    6.2.3 连接刚性判断标准  67-68
  6.3 本文的不足和改进之处  68-69
致谢  69-70
附录 A 国内外修建的部分钢管混凝土高层建筑一览表  70-71
  表 A.1 国外部分  70-71
  表 A.2 国内部分  71

钢管混凝土框架梁柱连接工作性能的分析研究

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