设置隅撑的钢管混凝土柱-钢梁倒槽钢节点受力性能研究

摘要

早期学术界与工程界普遍认为梁柱节点刚性设计能使建筑具有较强的抗侧刚度与抗震性能。但1994年北岭地震与1995年阪神地震中，刚性节点的脆性破坏引起了工程技术人员的反思，人们开始研究新型的半刚性梁柱节点。半刚性节点一般通过高强螺栓以及连接件（端板、T形钢等）连接在一起。本文通过槽钢、端板、高强螺栓将梁柱连接在一起，并通过隅撑对节点进行保护与加强。对该种节点进行了试验研究与有限元模拟分析，主要研究工作如下:
　　(1)查阅国内外文献，对钢管混凝土柱-钢梁节点形式进行了分类与总结。并对已有的类似槽钢节点以及槽钢节点和隅撑的相关文献进行了回顾，并阐述了本文的研究意义。
　　(2)进行了7个槽钢梁柱节点和1个带隅撑的槽钢梁柱节点的静力试验研究。以槽钢类型（热轧、冷弯）、槽钢尺寸、槽钢翼缘与钢柱焊接处理方式、钢管内是否灌注混凝土、是否设置隅撑等为变化参数，采用梁端加载形式，研究该节点的破坏特征、承载能力、刚度以及应力应变等力学性能。试验结果表明:仅设置槽钢的梁柱节点既有良好的转动刚度，又有较高的承载能力，添加隅撑可以提高结构的刚度与耗能能力。
　　(3)以节点试验为基础，利用ABAQUS对节点进行了有限元数值模拟。将试验结果与有限元模拟对比，两者较为吻合。最后考虑试验中未涉及的影响因素，对该节点形式进行了拓展研究，通过ABAQUS软件，分析了隅撑设置方式、隅撑削弱形式等因素对节点力学行为的影响。
　　上述研究成果表明:研究的槽钢梁柱节点具有较好的连接性，可较方便的连接梁柱。设置隅撑后可以显著提高结构的刚度与耗能能力，可适用于对刚度有一定要求的结构。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 钢管混凝士柱-钢梁节点的连接形式

1．2．1 圆钢管混凝土柱-钢梁节点的连接形式

1．2．2 方钢管混凝土柱-钢梁节点的连接形式

1．3 钢管混凝土柱-钢梁节点研究概况

1．4 钢管混凝土柱-钢梁槽钢节点的研究概况

1．5 钢柱-钢梁节点处隅撑的研究概况

1．6 课题的来源、研究目的和意义

1．7 本文的主要研究工作

第2章 设置隅撑的钢管混凝土柱-钢梁槽钢节点试验研究

2．1 试验方案

2．1．1 试件设计

2．1．2 材料性能试验

2．1．3 试验装置设计

2．1．4 加载制度

2．1．5 测量内容及测量布置

2．2 钢管柱-槽钢-钢梁节点试验过程

2．2．1 钢管柱-槽钢-钢梁节点试件JD-1

2．2．2 钢管柱-槽钢-钢梁节点试件JD-4

2．2．3 钢管柱-槽钢-钢梁节点试件JD-5

2．2．4 钢管柱-槽钢-钢梁节点试件JD-6

2．2．5 钢管柱-槽钢-钢梁节点试件JD-7

2．3 钢管混凝土柱-槽钢-钢梁节点试验过程

2．3．1 钢管混凝土柱-槽钢-钢梁节点试件JD-2

2．3．2 钢管混凝土柱-槽钢-钢梁节点试件JD-3

2．4 设置隅撑的钢管混凝土柱-槽钢-钢梁节点试验过程

2．5 试验破坏特征及结果分析

2．5．1 试件破坏特征

2．5．2 试验M-θ曲线研究分析

2．5．3 试验应变分析

2．6 本章小结

第3章 设置隅撑的钢管混凝土柱-钢梁槽钢节点承载力有限元分析

3．1 材料本构和破坏准则

3．1．1 钢材本构关系及破坏准则

3．1．2 混凝土本构关系

3．2 设置隅撑的钢管混凝土柱-钢梁槽钢节点有限元模型

3．2．1 梁柱节点建模的基本过程

3．2．2 高强螺栓预拉力的布置

3．2．3 槽钢与端板接触关系

3．2．4 梁柱节点模型边界条件及加载方式

3．2．5 钢梁钢柱等构件单元选择及划分网格

3．3 设置隅撑的钢管混凝土柱-钢梁槽钢节点单调加载分析

3．3．1 破坏形态

3．3．2 试验与模拟M-θ曲线对比

3．3．3 节点应力分布

3．3．4 钢管混凝土柱应力分布

3．3．5 槽钢、端板的应力分布

3．3．6 隅撑受力情况及对槽钢受力的影响

3．4 本章小结

第4章 节点力学行为的影响因素有限元分析

4．1 模型参数设计

4．2 影响节点力学行为的因素

4．2．1 螺栓预拉力对节点力性能的影响

4．2．2 隅撑不同方式布置后节点力学行为

4．2．3 隅撑布置后节点力学行为

4．2．4 隅撑与梁柱垫板对节点性能影响

4．2．5 布置不同削弱形式隅撑后节点力学行为

4．2．6 钢管截面形式对节点性能的影响

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文及专利