预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱节点滞回性能试验与分析

摘要

型钢混凝土结构是在普通钢筋混凝土构件中配置型钢（如H型钢、工字钢、钢管或角钢）来减小构件的截面尺寸，增大构件的刚度与提高构件的承载力的一种组合结构形式，已在重荷载、大跨度及超高层结构中得到广泛的应用。节点作为结构的关键部位，对结构的抗震性能具有重要的影响。目前国内外学者对型钢混凝土节点做了不少研究，但对钢管混凝土核心柱节点研究较少。
　　本文拟结合预应力可提高型钢混凝土梁截面承载力、减小截面尺寸、控制型钢混凝土梁的挠度与裂缝宽度的优点构建了一种新型预应力型钢混凝土组合框架结构，即采用钢管混凝土核心柱作为框架柱，以预应力型钢混凝土梁作为框架梁的一种新型组合框架。该新型组合框架结构与普通预应力型钢混凝土框架相比，梁中预应力筋与纵筋可方便的从区节点钢管两侧穿过，同时具有较好的抗震性能。
　　本文开展了3个预应力及1个非预应力型钢混凝土梁-核心钢管混凝土柱节点试件的低周往复荷载试验，重点研究了此类新型梁柱框架节点的破坏形态、破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、刚度退化、变形恢复性能以及延性性能，分析了预应力和轴压比对节点抗剪承载能力的影响。实验结果表明:所有试件均出现了核心区剪切破坏，4个试件的滞回曲线形状均呈纺锤形，具有良好的耗能能力和延性;提高预应力度可以增加节点核心区的抗剪承载力，但在一定程度上降低了节点的延性;轴压比增大对试件的承载力影响较小，但对试件的延性和耗能能力均具有不利影响。
　　本文采用大型有限元软件ABAQUS建立了节点的数值模型，且考虑了预应力对节点的影响。通过施加与试验条件相同的边界条件，对节点试件开展了单调静力加载数值分析，初步得到了与试验结果相吻合的荷载-位移关系曲线，验证了数值模型的可靠性。在验证了有限元模型可靠性的基础上，对预应力及轴压比两个参数进行了进一步的扩参数分析，得到了更为全面的结论。由于试验试件数目的限制，无法得到更为全面的结论，在经过扩参数数值模拟分析后发现，轴压比及预应力对该类型节点的承载力的影响均存在限值，超过这一限值后，对节点承载力的影响不再明显。

目录

摘要

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 预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱节点抗震性能试验方案

2．1 概述

2．2 试件设计与制作

2．2．1 试件设计

2．2．2 试件制作

2．2．3 材料性能

2．3 试验装置及加载方案

2．4 量测内容及测点布置

2．5 本章小结

第3章 预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱节点试验结果及分析

3．1 概述

3．2 试验加载过程和试件破坏形态

3．2．1 试验加载过程

3．2．2 裂缝分布及破坏形态

3．3 试件的主要试验结果

3．3．1 荷载-位移滞回曲线及骨架曲线

3．3．2 耗能能力

3．3．3 刚度退化

3．3．4 变形恢复性能

3．3．5 延性性能

3．3．6 应变变化

3．4 试件的抗剪承载力及核心区剪切变形分析

3．4．1 节点区抗剪承载力的组成

3．4．2 节点抗剪承载力的计算

3．4．3 节点核心区剪切变形

3．5 本章小结

第4章 预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱节点力学性能有限元分析

4．1 概述

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 材料本构关系模型

4．2．2 单元类型的选择

4．2．3 模型的建立

4．2．4 接触及边界条件

4．3 有限元模型的验证

4．3．1 模拟值与试验值对比

4．3．2 破坏形态对比

4．4 节点工作机理分析

4．4．1 节点的破坏模态

4．4．2 节点的抗震机理

4．5 参数分析

4．5．1 轴压比

4．5．2 预应力度

4．6 本章小结

5．1 结论

5．2 设计建议

5．3 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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