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圆钢管混凝土柱-H形钢梁梁柱连接铸钢节点力学性能研究

罗杰  
【摘要】:钢管混凝土结构,能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的特点,并且具有自重较轻、强度高、便于施工、抗震性能好的优势。因此,钢管混凝土结构在多高层房屋建筑工程中有着广泛的应用。在框架结构中,梁柱节点工艺是设计和施工中十分复杂而又相当重要的一环。钢管混凝土柱-H形钢梁梁柱连接节点的设计问题也得到越来越多的关注。国内外许多学者和研究机构针对钢管混凝土柱-H形钢梁梁柱连接节点的力学性能进行了大量研究。圆钢管混凝土柱-H形钢梁梁柱连接铸钢节点,是采用预制铸钢连接件连接圆钢管柱和H形钢梁的框架结构刚性节点。该节点具有传力路径明确,性能可靠,施工方便等优点。本文采用理论分析和数值模拟的方法相结合,对圆钢管混凝土柱-H形钢梁梁柱连接铸钢节点的力学性能进行研究。1)基于组件法,提出了圆钢管混凝土柱-H形钢梁梁柱连接铸钢节点初始转动刚度的计算方法。组件法将节点组成的各个部分视为一个弹簧的串并联系统,基于各组件的刚度和组件之间的力的传导关系来计算节点的初始转动刚度。2)提出了节点屈服剪力的计算模型,提出了节点抗剪承载力的计算公式。节点所受的剪力,可以将节点所受弯矩转化为一组作用在梁翼缘处的力偶求得,在梁翼缘处的力偶作用下节点发生剪切变形。通过铸钢件传导到节点核心区的剪力由核心区的钢管和核心混凝土共同承担。在此基础上,本文分析了节点可能的各种破坏形式,从而推导出节点的抗弯承载力公式。3)利用Abaqus有限元分析软件,对节点的静力性能进行了模拟,验证了上述承载力公式,也验证了数值模拟方法的有效性,并在此基础上分析了与节点静力性能相关的各个参数。4)利用Abaqus有限元分析软件,对节点的抗震性能进行了模拟,并分析了与节点抗震性能相关的各个参数。分析结果表明,圆钢管混凝土柱-H形钢梁梁柱连接铸钢节点具有良好的静力性能和抗震性能,能够充分发挥优势,避免各种其他节点形式的劣势,值得大规模推广和应用。


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