钢管混凝土结构加强环式节点的滞回性能研究

摘要

随着钢管混凝土结构在工程中的广泛应用，钢管混凝土柱与梁的连接节点成为钢管混凝土结构研究和推广的关键技术问题之一。对钢管混凝土梁柱节点开展深入地研究，以更好地协调结构的承载力、刚度和延性这三者的关系，对于指导实际工程设计具有十分重要的现实意义。 本文考虑了材料非线性、几何非线性和状态非线性，用通用有限元软件ANSYS对钢管混凝土柱钢梁加强环式节点的受力性能进行了系统的研究，分析了加强环的形式、加强环的宽度、加强环的厚度、轴压比n(n=N/fbh)以及混凝土和钢材等因素影响下的受力状态。 通过分析研究，得出以下主要结论：加强环式节点的四种不同形式在相同荷载作用下，BASE、HUFM3型节点内力分布较为均匀，加强环与钢梁连接处塑性区域较小，钢梁腹板应力较小。HUFM1、HUFM2型改进节点承载力较高，但与BASE型节点相比应力集中现象严重，加强环与钢梁连接处、钢梁腹板产生较大应力。推荐使用BASE、HUFM3型节点；加强环板宽度在(0.7～1.2)B范围内取值时，加强环式节点性能最能有效的发挥；加强环板厚度增大节点应力分布均匀承载力有明显增加，但当厚度增大到一定程度时对节点承载力影响变小，建议与钢梁翼缘板厚度相应；轴压比在一定范围内变化(n≤0.8Ny)时，对加强环板的影响相对较小；钢管内有混凝土与钢管内无混混凝土相比对加强环板影响不大，但钢管壁刚度和承载力都有所提高。钢材强度提高节点承载力相应提高，但相对强度降低，节点破坏时的强化作用减弱，变形能力也较差。 本文深入地分析了钢管混凝土柱钢梁连接节点在循环荷载作用下的受力性能，得出的结论为钢管混凝土结构加强环式连接节点的理论和设计方法的研究应用、以及探索新型的节点形式提供了有价值的数据和参考依据。

目录

文摘

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声明

1绪论

1.1研究背景、研究目的及意义

1.2国内外钢管混凝土结构研究状况

1.2.1国外研究情况

1.2.2国内研究情况

1.2.3钢管混凝土结构节点研究存在的问题及发展趋势

1.3钢管混凝土柱节点连接形式和分类

1.3.1穿心钢管混凝土柱节点

1.3.2非穿心钢管混凝土梁柱节点

1.4我国规范对钢管混凝土梁柱节点的规定

1.5本文研究的主要内容

2有限元基本理论及分析模型

2.1非线性有限元理论

2.1.1屈服准则

2.1.2流动法则

2.1.3强化模型

2.2有限元方程的建立

2.2.1几何非线性的有限元方程

2.2.2材料非线性的有限元方程

2.2.3状态非线性的有限元方程

2.3有限元程序的选取

2.4有限元模拟在程序中的实现

2.4.1材料特性定义和单元选取

2.4.2边界条件和加载控制

2.4.3求解选项设置

2.4.4破坏准则的确定

2.4.5算例验证

2.5有限元分析中采用的指标

2.5.1骨架曲线

2.5.2节点延性

2.5.3强度退化

2.5.4刚度退化

2.5.5耗能能力

3钢管混凝土柱加强环式节点在循环荷载作用下的研究

3.1钢管混凝土柱加强环节点的设计

3.1.1基本(BASE)试件

3.1.2参数试件

3.2有限元模型的建立

3.2.1材料性能指标的选取

3.2.2网格划分

3.2.3加载方案

3.3有限元计算结果与分析

3.3.1基本(BASE)试件

3.3.2 HUFM系列试件

3.3.3 HLIBH系列试件

3.3.4HUTH系列试件

3.3.5HUPD系列试件

3.3.6 HUS系列试件

4结论

4.1结论与设计建议

4.2后继工作

致 谢

参考文献

附录 攻读硕士期间发表的论文