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圆钢管混凝土柱—钢梁外环板式框架节点抗震性能研究

李威  
【摘要】:钢管混凝土结构在建筑结构工程中正得到越来越广泛的应用。节点是结构受力的关键部位,深入研究钢管混凝土柱-梁连接节点的性能及其实用设计方法非常重要。本文对圆钢管混凝土柱-钢梁外环板式框架节点的抗震性能进行了研究,主要研究工作和取得的成果如下: 1.进行了带楼板的圆钢管混凝土柱-钢梁外环板式框架节点在柱顶加恒定轴压力、梁端加往复荷载的试验研究。试验参数有:柱轴压比、梁柱抗弯承载力比和梁柱线刚度比。通过试验研究了上述参数对节点抗震性能的影响规律,分析了节点试件在往复荷载下的强度退化、刚度退化、延性和耗能能力等。试验结果表明,该类节点的荷载-变形关系曲线较饱满,节点刚度和强度退化稳定,抗震耗能能力良好。 2.建立了圆钢管混凝土柱-钢梁外环板式框架节点在往复荷载作用下的精细有限元分析模型。该模型考虑了材料和几何的非线性、钢管和核心混凝土之间的相互作用、焊接残余应力和初始缺陷等因素的影响。给出了一种适用于混凝土塑性损伤模型的混凝土损伤指标取值方法,并应用到有限元模型中。通过与构件和节点试件在往复荷载下试验结果的对比分析,表明该有限元模型具有较好的精度和可靠性。 3.基于试验结果和有限元模型,对圆钢管混凝土柱-钢梁外环板式框架节点的工作机理进行了细致分析。系统研究了该类节点的破坏形态和各设计参数下的极限状态,明晰了节点各部件在受力全过程中的内力、变形分布以及应力、损伤发展情况。系统分析了钢筋混凝土楼板、核心区轴压比、梁柱抗弯承载力比、梁柱线刚度比、环板和核心区性质等参数对节点抗震性能的影响规律。 4.在参数分析结果的基础上,提出了一种圆钢管混凝土柱-钢梁外环板式框架节点的核心区剪力-剪切变形恢复力模型。建议并给出了一种适用于结构体系计算的节点单元模型,并将上述核心区恢复力模型应用其中。计算分析结果表明,上述恢复力模型和试验、数值计算结果均总体上吻合较好,提出的单元模型在结构体系计算方面具有较好的适用性。


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