栓焊连接的方钢管混凝土柱—削弱钢梁框架节点受力性能研究

摘要

狗骨式节点是近年来钢框架研究较多的一种节点，能有效地将塑性铰外移至削弱区域，起到保护节点防止梁端发生脆性断裂的作用。本文在本课题前期试验及理论研究的基础上，对栓焊连接的方钢管混凝土柱.钢梁节点提出了四种梁端削弱方案，并利用有限元软件-ANSYS建立了同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面-面接触非线性、各种材料非线性三重非线性因素的四种三维实体有限元模型，分析了模型在单调和低周反复荷载作用下的受力性能。 从P-△曲线考察削弱方式对节点刚度、屈服荷载和承载力的影响；从应力分布曲线和应力云图的角度分析削弱方式对节点塑性铰外移和减小梁端焊缝处应力集中的影响，并与相同削弱方式的全焊节点进行对比分析，以考察连接方式对上述因素的影响；分析了四种削弱节点的滞回曲线、骨架曲线，从延性和耗能的角度考察了节点的抗震性能，并与相同削弱方式的全焊节点进行对比分析，以考察两种连接方式抗震性能的优劣；此外为方便后续地震反应分析，本文给出了轴压比为0.56时的节点的恢复力模型；并以本文的推荐模型为例考察了削弱区域尺寸和梁上混凝土楼板对节点刚度、强度、塑性铰外移效果和梁端应力集中的影响；最后，在总结本文研究和已有研究成果的基础上，提出了栓焊连接的方钢管混凝土柱-削弱钢梁框架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

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外方钢管混凝土柱-钢梁节点的研究及应用状况

1.3北岭阪神地震钢框架梁柱节点脆性断裂的原因及新型节点形式

1.3.1北岭、阪神地震钢框架梁柱连接节点脆性断裂的原因

1.3.2震后新型梁柱连接节点形式

1.4前人研究的不足及本文的主要工作

1.4.1前人研究的不足

1.4.2本文的主要工作

第二章 栓焊连接的方钢管混凝土柱-钢梁节点梁端的削弱形式及尺寸确定

2.1引言

2.2仅削弱梁端翼缘

2.3仅削弱梁端腹板

2.3.1腹板开孔半径的确定

2.3.2腹板开孔位置的确定

2.4同时削弱梁端翼缘及腹板

2.5本章小结

第三章栓焊连接的方钢管混凝土柱-削弱钢梁节点有限元模型的建立

3.1引言

3.2已有试验简介

3.2.1试件材性及尺寸

3.2.2试验加载

3.2.3试验结果

3.3有限元模型的建立

3.3.1单元介绍

3.3.2本构关系

3.3.3网格划分

3.3.4接触面的考虑

3.3.5约束与加载

3.3.6求解设置

3.4有限元方法的有效性验证

3.5本章小结

第四章 栓焊连接的方钢管混凝土柱-削弱钢梁节点的有限元分析

4.1引言

4.2单调加载的非线性有限元受力分析

4.2.1单调加载作用下的P-△曲线比较

4.2.2单调加载作用下应力分布曲线比较

4.2.3 A类节点梁端的内力分布及受力机理

4.3低周反复荷载作用下的非线性有限元分析

4.3.1轴压比为0.056时，A、B两类节点抗震性能对比

4.3.2轴压比为0.56时，A类节点的抗震性能分析

4.3.3节点的恢复力模型

4.4削弱区域削弱尺寸及楼板对节点受力性能的影响

4.4.1削弱端至柱壁的距离a对节点受力性能的影响

4.4.2削弱区长度b对节点受力性能的影响

4.4.3梁上混凝土楼板对节点受力性能的影响

4.5本章小结

第五章栓焊连接的方钢管混凝土柱-削弱钢梁框架节点连接的承载力分析

5.1引言

5.2不考虑混凝土楼板时节点的承载力分析

5.2.1抗弯承载力计算

5.2.2抗剪承载力计算

5.3考虑混凝土楼板时节点的承载力分析

5.3.1截面特征的计算

5.3.2组合梁截面的弹性抗弯承载力分析

5.3.3组合梁截面的极限抗弯承载力分析

5.3.4考虑混凝土楼板时承载力计算

5.4本章小结

结语

1结论

2今后尚待研究解决的问题

参考文献

攻读硕士学位期间的发表论文与参与科研情况

致谢