钢--混凝土组合桁架耳板式节点试验研究与理论分析

摘要

钢-混凝土组合桁架结构是由钢筋混凝土弦杆和钢腹杆组成的一种新型结构。本文研究的钢-混凝土组合桁架耳板式节点是桁架结构上弦杆与腹杆的交汇、联接的集结区,也是结构传力的核心点,其受力性能对桁架结构工作性能具有重要的影响。为了研究耳板式节点在水平推力作用下的工作性能,本文通过静力加载试验和有限元软件进行分析,研究内容及成果如下:
　　 1)完成了两个1:3比例的耳板式节点模型的试验工作。根据试验得到应变值和位移大小,同时考虑试验过程中混凝土裂缝开展以及钢腿屈服等破坏特征,分析组合节点的工作性能。试验表明,耳板式节点试件的承载能力良好,两次试验中的钢腿均发生屈曲破坏,因此钢腿的强度和截面特征是决定耳板式节点承载力的关键因素;
　　 2)采用大型通用有限元软件ABAQUS对钢-混凝土组合桁架耳板式节点进行数值模拟分析,并把经计算所得的应力云图、荷载-应变曲线以及荷载-位移曲线与试验所得数据进行对比,验证有限元分析方法和节点模型简化设计的正确性。计算结果表明,该模型计算可靠,能反映钢-混凝土组合桁架耳板式节点的实际工作状态。经分析发现,耳板式节点的主要失效模式是由于混凝土弦杆的开裂和受压钢腿屈曲,因此改变弦杆的强度、钢腿的强度和截面特征对节点的极限承载力有重要影响;同时对PBL连接件的受力性能也进行了分析;
　　 3)利用先前建立的有限元模型,对不同混凝土强度等级、钢腿厚度、纵筋及箍筋配筋率以及剪力连接件的大小及强度的组合桁架节点进行参数分析,得出不同设计参数对组合节点荷载-应变曲线、荷载-位移曲线、最大应力等力学特征的影响规律。研究表明,增大钢腿壁厚对改善耳板式节点承载性能有显著作用;改变混凝土等级、纵筋和箍筋配筋率、PBL连接件的大小和强度对提高耳板式节点的极限承载力影响很小。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 工程背景及几种常见钢-混凝土组合结构节点

1.3 国内外研究现状

1.3.1 国外的研究及应用现状

1.3.2 国内的研究及应用现状

1.4 研究的必要性

1.5 本文研究的主要内容

第二章 钢-混凝土组合桁架耳板式节点试验研究

2.1 试验概述

2.2 试验目的

2.3 试验方案

2.3.1 加载方案及设备

2.3.2 加载制度

2.4 测点布置

2.4.1 应变测点布置

2.4.2 节点位移和倾角测点布置

2.5 试验结果与分析

2.5.1 破坏形式及分析

2.5.2 各构件应变分析

2.5.3 位移测试结果

2.6 本章小结

第三章 钢-混凝土组合桁架耳板式节点有限元分析

3.1 概述

3.2 材料的本构关系和破坏准则

3.2.1 混凝土的本构关系

3.2.2 混凝土的破坏准则

3.2.3 钢材的本构关系

3.4 有限元计算模型的建立

3.4.1 模型的建立

3.4.2 网格的划分和部件之间的连接

3.4.3 分析步定义与求解控制

3.4.4 边界条件与荷载

3.4.5 有限元计算结果与试验结果对比分析

3.5 本章小结

第四章 钢-混凝土组合桁架节点受力性能影响因素分析

4.1 概述

4.2 主要影响因素分析

4.2.1 混凝土强度等级对节点受力性能的影响

4.2.2 钢腿壁厚对节点受力性能的影响

4.2.3 纵筋配筋率和箍筋配件率对节点受力性能的影响

4.2.4 PBL剪力键的大小及强度对节点受力性能的影响

4.3 小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 下一步研究展望

参考文献

致谢