预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱节点抗震性能非线性分析

摘要

随着国民经济的高速发展以及城市建设的需要，超高层与大跨度的建筑在近年来屡见不鲜，这也推动了型钢混凝土组合结构的发展。其中预应力型钢混凝土结构能有效地适应现代建筑高性能、集约化的发展趋势，满足现代结构对大空间及抗震性能的需求，但对于后张有粘结预应力型钢混凝土框架，框架梁内预应力筋和纵筋在穿越框架节点时，往往需贯穿柱内型钢，削弱节点承载力，同时施工工艺也较为复杂。
　　故本文拟采用预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱组合框架节点为研究对象来解决框架节点构造及施工工艺的问题，并基于已有的预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱组合框架节点抗震试验结果，使用有限元软件ABAQUS-6.10对节点的破坏过程以及抗剪承载力的影响因素进行深入分析。
　　本文首先使用有限元软件ABAQUS建立往复荷载下与单调荷载下的预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱组合框架节点的数值模型，得到与试验结果相对应的模拟滞回曲线与单调荷载下的位移-荷载曲线，并将模拟结果与试验结果进行对比，吻合较好，验证了模型的有效性。然后基于往复荷载下的数值模型进行破坏形态分析，基于单调荷载下的数值模型进行破坏全过程分析、混凝土的损伤分析和型钢的应力分析。由于滞回曲线的计算成本较大，所以本文采用单调荷载下的数值模型进行参数分析及抗剪承载力计算，在上述基础上，对抗剪承载力的影响参数进行拓展，分别在不同预应力度、轴压比、钢管配钢率和核心区配箍率下进行有限元分析，结果表明:(1)预应力度和核心区配箍率对核心区抗剪承载力的影响不大，但在一定程度上可以减小核心区的剪切变形;(2)钢管配钢率对核心区抗剪承载力的影响最为明显，轴压比则影响较小，轴压比对核心区剪切变形的抑制作用只体现在构件接近破坏的阶段，且需要施加高轴压比;(3)钢管的厚度和核心区箍筋的直径均需在合适的范围内才能有效减小核心区的剪切变形。
　　最后本文基于有限元模型的验证与参数分析的结果，提出预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱节点抗剪承载力的计算方法，并通过规程中的此类节点的抗剪承载力公式和试验值对本文推出的有限元和实用抗剪承载力公式进行验证，总体吻合较好。

目录

摘要

符号说明

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 组合框架节点抗震性能

1．2．2 组合框架节点的有限元模型

1．2．3 组合框架节点核心区的抗剪承载力

1．3 本文开展的工作

第2章 型钢混凝土梁一钢管混凝土核心柱组合框架节点力学性能有限元模拟

2．1 概述

2．2 有限元模型的建立

2．2．1 材料本构关系

2．2．2 单元类型的选择

2．2．3 网格划分和接触

2．2．4 边界条件

2．3 试验概况

2．3．1 试件设计

2．3．2 材料性能

2．3．3 加载方案

2．4 有限元模型的验证

2．4．1 滞回曲线

2．4．2 单调加载曲线

2．4．3 滞回曲线与单调加载曲线的区别

2．5 本章小结

第3章 型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱组合框架节点受力机理分析

3．1 概述

3．2 破坏形态及应变分布

3．3 节点的破坏形态

3．4 破坏全过程分析

3．5 应力和损伤分析

3．5．1 工字钢梁

3．5．2 钢管混凝土核心柱

3．5．3 节点核心区

3．6 本章小结

第4章 型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱组合框架节点参数分析

4．1 概述

4．2 分析对象

4．3 分析参数的确定

4．4 参数分析

4．4．1 预应力度

4．4．2 轴压比

4．4．3 钢管配钢率

4．4．4 核心区箍筋配筋率

4．5 本章小结

第5章 型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱组合框架节点抗剪承载力

5．1 概述

5．2 节点核心区受剪模型

5．2．1 相关节点受力模型简述

5．2．2 预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱节点受力模型

5．3 节点核心区有限元受剪承载力

5．3．1 预应力筋受剪承载力

5．3．2 钢管受剪承载力

5．3．3 箍筋受剪承载力

5．3．4 混凝土受剪承载力

5．3．5 节点核心区抗剪承载力有限元计算公式

5．4．1 预应力筋受剪承载力

5．4．2 钢管和箍筋受剪承载力

5．4．3 混凝土受剪承载力

5．4．4 节点核心区抗剪承载力实用计算公式

5．5 公式验证

5．6 本章小结

第6章 结论和展望

6．1 本文主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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