装配式交错桁架与方钢管混凝土柱外环板-端板节点抗震性能试验研究

摘要

随着中国工业化水平的不断提高，建筑工业化的潮流席卷全国，越来越多的建筑结构采用装配式。交错桁架结构作为钢结构中最具装配化潜力的结构形式之一将迎来高速发展的时期。交错桁架结构要实现装配化需要解决桁架与柱连接节点的问题，故本文研究装配式交错桁架与方钢管混凝土柱外环板-端板节点的连接性能具有重要意义。
　　本文根据斜腹杆轴线与上弦杆轴线的交点位置将装配式交错桁架与方钢管混凝土柱外环板-端板节点分为三类形式：第I类交于两个端板接触面，第II类交于柱外皮，第III类交于柱轴线。对第I、II类节点形式的2组共4个试件进行了低周往复荷载作用下的拟静力试验，研究了节点的破坏模式以及滞回性能。初步得到了第I、II类节点的破坏机制。
　　试验结果表明：第I、II类节点当连接柱和端板的短梁较弱时具有很好的抗震性能，节点试件的短梁腹板（即环板竖向加劲板）充分剪切变形，并在该处发生破坏。第I、II类节点当连接短梁较强时，均出现了由于螺栓松弛造成的端板滑移现象，此时对应第I类节点滞回曲线捏缩，最终由于柱子压弯破坏。对于第II类节点连接短梁较强时具有较高的承载力，最终由于桁架腹杆节点板撕裂而发生脆性破坏。
　　采用非线性有限元软件ABAQUS6.14在考虑几何非线性、材料非线性及接触非线性的基础上，采用壳单元结合三维实体单元建立了I、II、III类节点形式的有限元模型，并模拟了螺栓松弛造成的端板滑移现象。将第I、II类节点的有限元计算结果和试验进行了比较，二者吻合较好。然后深入分析了三种不同节点形式节点的受力状态、破坏模式和抗震性能。分析结果表明，综合考虑承载力、破坏模式、抗震性能以及建筑适用性等方面，第I类节点短梁较弱时综合性能最佳。
　　针对具有优势的第I类节点形式，采用非线性有限元软件系统地分析了混凝土强度、钢管厚度、轴压比、外环板宽度、外环板挑出宽度、外环板厚度及竖向加劲板厚度等因素对第I类节点滞回性能的影响。计算结果表明，轴压比对节点的性能影响显著，外环板挑出宽度、外环板厚度及竖向加劲板厚度通过影响连接短梁的刚度从而影响节点的破坏模式。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2相关课题研究现状

1.2.1交错桁架体系研究现状

1.2.2相关节点研究现状

1.3本文研究内容

2装配式交错桁架与方钢管混凝土柱外环板-端板

2.1引言

2.2试验概述

2.2.1试件模型选取

2.2.2试件设计和制作

2.2.3材料性能

2.2.4试验装置与加载方案

2.2.5量测内容和测点布置

2.3试验全过程分析和试件破坏特征

2.3.1试验全过程分析

2.3.2试件破坏特征

2.4试验结果分析

2.4.1荷载-变形关系

2.4.2钢管壁应变分析

2.4.3强度退化

2.4.4刚度退化

2.4.5节点延性

2.4.6耗能能力

2.5本章小结

3装配式交错桁架与方钢管混凝土柱外环板-端板

3.1引言

3.2节点有限元模型的建立

3.2.1材料本构关系

3.2.2相互作用设定

3.2.3单元类型选取及单元网格划分

3.2.4边界条件及荷载

3.3有限元计算结果验证

3.3.1试件的破坏模式对比

3.3.2试件的应力云图

3.3.3有限元计算结果与试验对比

3.4第III类节点形式的有限元计算

3.4.1试件设计和模型建立

3.4.2模型的破坏模式分析

3.4.3模型的应力云图

3.4.4 P-Δ滞回曲线及骨架曲线

3.5第I类节点性能影响参数分析

3.5.1混凝土强度、钢管壁厚以及轴压比的影响

3.5.2外环板宽度及挑出宽度的影响

3.5.3外环板厚度及竖板厚度的影响

3.6本章小结

4结论与展望

4.1结论

4.2展望

参考文献

致谢