钢管混凝土梁通柱断式新型节点的试验研究及承载力计算

摘要

钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接节点存在节点刚度较弱，传递梁中弯矩与剪力的能力较低，以及节点外形冗重、构造复杂等问题。产生这些问题的主要原因是钢管混凝土柱隔断了钢筋混凝土梁与节点的联系。为解决这些问题，本文提出一种新型钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁连接的节点形式，该种节点在节点区中断或部分中断钢管混凝土柱的外钢管，使钢筋混凝土梁的纵筋在节点直通，用节点区设置的芯钢管保持上下钢管混凝土柱的连续性，形成了一种全新的梁通柱断式节点。新型节点突破了传统节点的模式，具有整体性好、刚度强、传力可靠和构造相对简单等优点。 本文设计了9个带有梁柱的节点模型试件，包括3个中柱节点试件，4个边柱节点试件和2个角柱节点试件。首先对节点进行可行性验证试验，证明新型节点的可行性。试验证明试件破坏是由梁柱的破坏引起，节点区基本完好，节点符合“强节点、弱构件”的节点设计原则，节点构造合理。在节点的可行性得到验证的基础上，开展节点受力性能和极限承载力的试验研究，分别研究了节点全截面受力和局部受力的性能。试验得到了节点全截面受压、局部受压的破坏形态和极限承载力，证明了节点具有很高的强度和良好的变形能力。为深刻剖析节点的工作性能和受力机理，在4个节点中取出芯钢管混凝土短柱，对其独立施加轴向荷载，得到其极限承载力，通过对比分析揭示了节点的套箍效应，得出节点承载力主要取决于受多重约束的核心混凝土的承载力的结论。为了在试验和理论分析中正确体现混凝土强度的影响规律，利用节点可行性验证试件的钢管混凝土柱内的混凝土，管内混凝土在第一次试验中，制作了33个混凝土圆柱体试件，进行混凝土残余强度的试验研究，做出了每个试块的应力-应变曲线，并与初次受力的混凝土应力-应变曲线进行对比，得到已经历过较高三向应力的混凝土与初次受力的混凝土性能的异同。 本文还进行了节点力学性能的非线性有限元分析，使用ANSYS软件，先对9个节点试件建模分析计算，并与试验结果对比，证明数值分析所建模型和所选参数正确。在此基础上，变化混凝土强度、芯钢管的抗力、环形箍筋的抗力三个影响节点性能的主要参数，利用数值分析工具得到了各因素对节点承载力的影响规律。 最后，在试验研究和理论分析的基础上，提出节点承载力计算模型，建立了节点极限承载力的计算公式，对新型节点提出设计构造措施。公式计算结果与试验结果、数值分析结果吻合较好。

目录

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第一章绪论

1.1钢管混凝土结构的应用与发展

1.1.1钢管混凝土结构的特点

1.1.2钢管混凝土的应用

1.1.3钢管混凝土结构的发展

1.2钢管混凝土构件的研究状况

1.3钢管混凝土框架的研究状况

1.4钢管混凝土节点的研究状况

1.4.1 钢管混凝土柱与钢梁节点

1.4.2钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁节点

1.5钢管混凝土梁柱节点存在的问题

1.6本文主要工作

第二章钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁芯钢管节点的构思

2.1 引言

2.2钢管混凝土结构对节点的要求

2.3不连通节点的形式

2.4半连通节点形式

2.5新型节点的优点

2.6本章小结

第三章芯钢管节点的可行性验证试验

3.1 引言

3.2不连通节点的可行性验证试验

3.2.1试验概况

3.2.2试验分析

3.2.3不连通节点可行性试验结论

3.3半连通节点的可行性验证试验

3.3.1 试验概况

3.3.2试验分析

3.3.3半连通节点可行性试验结论

第四章芯钢管节点承载力及受力性能的系列试验研究

4.1 引言

4.2芯钢管节点承载力试验研究

4.2.1 试验概况

4.2.2试验结果分析

4.2.3节点承载力试验结论

4.3 芯钢管局部受压的受力性能和承载力试验研究

4.3.1试验概况

4.3.2试验结果分析

4.3.3节点局部受压试验结论

4.4复杂应力作用后的钢管混凝土受力性能试验研究

4.4.1 试验概况

4.4.2试验结果分析

4.4.3 复杂应力作用后的芯钢管混凝土受力性能试验结论

4.5 经历过三向应力的钢管内混凝土残余强度试验研究

4.5.1 试验概况

4.5.2试验分析

4.5.3混凝土应力-应变曲线分析

4.5.4钢管内混凝土残余强度试验结论

第五章钢管混凝土节点受力性能的理论研究

5.1 概述

5.2节点单元类型

5.2.1混凝土单元

5.2.2钢管单元

5.2.3钢筋单元

5.2.4接触单元

5.3材料的本构关系及破坏准则

5.3.1混凝土的本构关系

5.3.2混凝土的破坏椎则

5.3.3钢材的本构关系

5.4有限元模型的建立与求解

5.4.1模型的建立

5.4.2模型的求解

5.5有限元计算结果分析

5.5.1节点全截面受压有限元计算结果与试验结果的对比分析

5.5.2节点局部受压有限元计算结果与试验结果的对比分析

5.6本章小结

第六章芯钢管节点极限承载力设计方法及设计构造措施研究

6.1引言

6.2节点的受力机理分析

6.3影响节点承载力的因素

6.4节点承载力的计算

6.5节点的设计构造建议

6.6本章小结

结论及待研究的问题

参考文献

攻读博士学位期间主持的科研项目和发表的学术论文

一、主持的科研项目：

二、发表的学术论文(9篇被EI检索)：

致谢