局部外包钢管装配整体式柱试验及数值分析

摘要

混凝土装配整体式结构具有环保、工期短、施工方便及安全等优点,是未来建筑工业化的发展方向。其中节点连接问题又是制约装配整体式结构发展的主要因素之一。柱子作为框架及框剪等结构的主要构件,其性能好坏对整个建筑的影响重大。对于装配整体式结构,柱-柱接头连接的抗震性能颇为重要。
　　提出一种全新的柱-柱连接方式(局部外包钢管装配整体式柱-柱接头):预制混凝土柱-柱节点区域采用外包钢管连接,栓筋横穿预制混凝土柱预留孔洞,再将其与钢管焊接的连接方式。为了保证柱-柱连接接头的整体性,用具有微膨胀和高强速凝性能的灌浆材料对外包钢管与混凝土柱之间预留的缝隙进行灌注填充。
　　设计和制作了3个足尺高强螺旋箍筋的装配整体式柱、1个足尺普通高强螺旋箍筋整浇柱,进行了低周反复水平加载(拟静力)试验。观测了4个试件受力-变形-损伤-裂缝-屈服-破坏的全过程;分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、强度和刚度衰减、延性及耗能性能等抗震性能。试验结果表明:在相同条件下,装配整体式柱的抗震性能与承载能力均不低于整浇柱,连接节点未先于试件破坏,装配整体式柱的节点连接安全可靠。
　　分析了局部外包钢管装配整体式柱接头的受力性能和承载能力,推导出连接节点正截面、斜截面承载力公式和水平栓筋强度验算公式;分析了公式的正确性和实用性,为这种新型连接方法的具体应用和装配整体式框架及框剪结构的设计,提供了理论依据和计算方法。
　　以试验成果为基础,采用大型有限元分析软件,建立了装配整体式柱的三维实体有限元计算模型,进行了仿真分析;对比试验数据,验证了有限元模型的合理性;进一步对局部外包钢管装配整体式柱的抗震性能进行分析和评价;通过改变试件中的各个参数,分析了不同参数对试件抗震性能的影响,为科学研究和工程实际应用提供数值依据。

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1 绪论

1.1研究背景

1.2发展装配式结构要解决的关键问题

1.3装配式结构国内外研究现状

1.4本文所做的工作

2局部外包钢管装配整体式柱的试验及理论分析

2.1试验概况

2.2试件的材料性能

2.3试验的加载及测点布置

2.4 试验结果及分析

2.5试件抗震性能分析

2.6 局部外包钢管装配整体式柱的恢复力模型研究

2.7本章小结

3 柱-柱连接节点的承载力计算

3.1节点接缝处正截面承载力计算

3.2 外包钢管连接斜截面受剪承载力

3.3装配整体式柱柱脚承载能力分析

3.4栓杆承载力验算

3.5本章小结

4局部外包钢管装配整体式柱有限元分析

4.1概述

4.2模型建立

4.3 ANSYS有限元计算结果分析

4.4相关参数分析

4.5本章小结

5 总结和展望

5.1主要结论

5.2建议及展望

致谢

参考文献

附录