变翼缘宽度的钢梁与方钢管混凝土柱内隔板型节点受力性能分析

摘要

钢管混凝土结构目前已广泛的应用于中层和高层住宅建筑中，其中带内隔板的矩形钢管混凝土柱与钢梁连接的节点构造已被我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》列为推荐形式。但是，由于内隔板节点需要进行内部施焊，焊接困难，焊缝质量不易保证，并且由于节点的焊缝较多，导致节点焊缝附近钢材塑性下降，脆性增加，从而影响了结构塑性的进一步发展。本文基于对“塑性铰外移”这一概念的深化，对现有梁柱节点形式实行改进，提出了一种新型的延性节点形式—变翼缘宽度的工字型钢梁与方钢管混凝土柱内隔板型节点，即通过梁端翼缘局部加强，迫使塑性铰外移，从而起保护节点焊缝薄弱区域，防止节点发生脆性破坏，使梁柱节点既有较强的承载能力，又具备较好延性。
　　本文将变翼缘宽度分为两种形式:扩翼式节点和腋形扩大式节点，利用ANSYS软件对此两种节点和普通的内隔板型钢管混凝土柱-钢梁刚性节点进行低周往复荷载下的非线性有限元分析。对比三种节点在荷载作用下的破坏形态、塑性铰发展、延性变形、耗能能力、应力传递和承载能力等各方面的性能，发现，其中扩翼式节点形式通过对梁端翼缘的加强作用迫使塑性铰形成位置移至扩翼过渡段末端，远离梁柱连接处受力复杂的薄弱区域，而且节点在梁柱焊接处的应力值均有减小，应力集中程度也有减弱，从而起到塑性铰外移保护节点焊缝薄弱区域，防止节点发生脆性破坏的目的，增强了结构的耗能能力及延性性能，提高节点抗震力学性能;而翼缘的加强又使节点的承载能力和初始刚度明显高于传统节点。新型节点有效地改善了节点的受力性能，表现出了良好的塑性变形能力，耗能性能明显强于传统节点，因此可认为此类连接是理想的抗震耗能模式。
　　论文考虑了影响扩翼式节点受力性能的3个参数，通过分析它们在不同值时对节点承载能力以及焊缝区域应力分布的影响，找出它们的最优取值范围，并提出了变翼缘宽度的工字型钢梁与方钢管混凝土柱内隔板型节点连接的设计建议，可供工程设计和进一步研究参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 钢管混凝土柱框架节点

1．3 钢管混凝土柱-钢梁节点的研究现状

1．4 新型延性节点的概念—塑性铰外移

1．5 本文主要研究内容

2 新型延性节点有限元分析的理论

2．1 塑性力学基本法则

2．2 材料的本构关系及破坏准则

2．3 变翼缘宽度的形式与参数

2．4 三维非线性有限元建模

2．5 本章小结

3 循环往复荷载作用下梁柱节点的有限元分析

3．1 破坏形态和塑性铰位置

3．2 滞回曲线

3．3 骨架曲线

3．4 性能参数的评价

3．5 节点的应力分析

3．6 本章小结

4 各加强参数对扩翼式节点JD-1性能影响分析

4．1 扩翼加强段la的影响

4．2 扩翼过渡段lb的影响

4．3 加强段翼缘宽度bwf的影响

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

硕士期间主要研究成果

参考文献