外包U型钢-混凝土组合梁与方钢管混凝土柱节点静动力性能的试验研究与理论分析

摘要

外包钢—混凝土组合梁是采用U形冷弯薄壁钢梁，内部填充混凝土与楼板混凝土同时浇注，通过必要的连接措施保证型钢和混凝土共同工作的一种新型组合受弯构件。这种组合梁吸收了普通钢—混凝土组合梁和钢骨混凝土组合梁的优点并克服了它们的缺点，具有甩钢量省、稳定性好、刚度大、承载能力高等优点，是一种有良好应用前景的组合构件。但目前对这种组合结构的梁柱连接节点研究还很不完善，特别是采用ANSYS有限元软件对节点进行分析时的本构关系、材料参数的选取都存在许多差异。本文通过足尺模型试验和理论分析对外包U型钢-混凝土组合梁与钢管柱连接节点的静动力性能进行了研究。完成的主要工作和成果包括：
　　 为研究组合结构梁柱节点的静力性能，根据以往的试验及理论分析经验，本文探讨了组合结构梁柱节点的破坏机理和受力特点，并重点研究节点在负弯矩作用下的抗弯承载力和在负弯矩作用下的抗剪承载力，给出两者极限状态的计算公式。分析表明，节点在负弯矩作用下的极限抗弯承载力是决定构件静力性能的主要因素。
　　 为研究组合结构梁柱节点的动力性能，对外包U型钢-混凝土组合梁与钢管柱连接节点进行低周往复荷载作用下的试验研究，得到节点的滞回曲线，分析试件的试验过程并对节点承载力、延性、耗能能力、刚度退化等抗震性能指标进行了比较分析。研究结果表明，组合结构的连接节点刚度大、稳定性好、承载能力高，但耗能能力不强。同时建立了同时考虑几何非线性、钢材与混凝土接触非线性和各种材料非线性的有限元模型，采用ANYSY软件对组合结构连接节点的模型进行了低周反复荷载作用下非线性有限元分析，较为精确模拟了节点域的应力分布规律和受力破坏机理，得到了构件的应力分布、节点的极限承载力、滞回曲线等计算结果，并与试验结果进行验证，二者吻合较好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 组合结构的特点及优势

1.2 钢—混凝土组合结构的研究现状

1.2.1国内外关于钢—混凝土组合梁研究现状

1.2.2国内外关于钢管混凝土结构的研究现状

1.2.3国内外关于钢—混凝土组合结构节点的研究现状

1.3 课题的提出及本文主要研究内容

第2章 外包U型钢-混凝土组合梁与矩形钢管混凝土柱节点的静力承载性能的理论分析

2.1.外包U型钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的受弯承载力

2.1.1.计算的基本假定

2.1.2.极限抗弯承载力公式的定义与推导

2.2.外包U型钢-混凝土组合梁在负弯矩作用下的受剪承载力

2.3.算例

2.4.小结

第3章 外包U型钢—混凝土组合梁与方钢管混凝土柱连接节点在往复荷载作用下试验研究及结果分析

3.1.试验研究概况

3.1.1试验目的

3.1.2试验研究的内容

3.2.试件，材性及试验仪器设备

3.2.1试件的设计与制作

3.2.2材性

3.2.3主要试验仪器设备

3.3.节点试验研究

3.3.1加载模式及测点布置

3.3.2加载步骤及试验现象

3.4.试验结果分析

3.4.1组合节点梁端滞回曲线

3.4.2组合节点梁端骨架曲线

3.4.3应变分析

3.4.4节点核心区抗剪性能

3.4.5塑性铰位置

3.4.6其他性能指标

3.5.试验总结及设计改进建议

第4章 外包U型钢—混凝土组合梁与钢管混凝土柱节点在低周往复荷载作用下有限元分析

4.1引言

4.2混凝土破坏准则

4.3钢材的弹塑性强化本构关系

4.3.1.小应变条件下的本构关系

4.3.2.有限应变条件下的本构关系

4.4接触问题

4.4.1.接触状态及判别条件

4.5组合节点有限元分析

4.5.1.结构建模设定

4.5.2.单元类型的选择

4.5.3.模型建立和几何划分

4.5.4.边界条件与荷载施加

4.5.5.定义分析类型和分析选项

4.5.6.通用后处理和时程分析

4.6有限元模拟及结果分析

4.6.1.节点滞回性能分析

4.6.2.节点变形情况

4.6.3.组合结构外包钢板应力分析

4.6.4.组合节点混凝土的应力分析

4.7本章小结

第5章 结论与建议

参考文献

后记

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况