方矩管混凝土柱计算理论分析及隔板贯通式节点研究

摘要

方矩管混凝土结构(包含方钢管混凝土结构和矩形钢管混凝土结构)既有钢结构的塑性变形能力强、延性好、抗震性能优良等特性，又克服了圆钢管混凝土结构由于截面形状特殊所带来的设计、施工及使用上的不便，成为住宅钢结构发展的一个主要方向。但目前方矩管混凝土结构在我国的应用较少，相关的理论还不完备，缺乏相应的有关节点的规范、规程，使得方矩管混凝土结构难以得到推广。 为配合方矩管混凝土结构的推广和方矩管混凝土结构节点规程的编制，本文分析了可以用于方矩管混凝土柱计算的三种理论，依据理论分析和钢管混凝土超声波检测的试验数据，提出了方矩管混凝土柱计算中叠加原理的应用论据。此外，本文分析了目前我国方矩管混凝土柱计算理论研究的现状，指出了目前需要解决的一大难点，即轴压力分配系数问题。然后介绍了我国现有理论中两种有关轴压力分配系数的规定，将它们分别与实际情况进行了比较。最后，在变形协调条件下，推导了一种全新的轴压力分配方法，并给出相关数据，证明了新理论的合理性。在分析同样采用叠加原理的日本方矩管混凝土柱计算理论的基础上，按照计算简洁、概念明确和安全可靠的原则，确定了方矩管混凝土柱的计算公式。 本文简要介绍了我国目前方矩管混凝土柱与H型钢梁连接常见的节点形式，从日本的梁贯通式节点演化提出了隔板贯通式节点。设计了该种节点的静力拉伸试验，制作试件10个，其中1个为空钢管试件用来于其它试件对比分析。试验前，进行了钢材和混凝土的材性试验。在确定梁翼缘与隔板连接处的过渡圆弧半径时，经ANSYS分析后，定为25mm。此外，采用理论公式计算了各试件的承载力。试验后，将试验结果与理论计算结果相比较，证明了理论计算方法的可靠性。根据试验中应变测量的结果，分析了该种节点应力分布状况。 为了分析隔板贯通式节点的抗震性能，设计了该种节点的拟静力试验。试验共有试件3个，其中1个为空钢管试件，用于对比分析。介绍了各构件的破坏过程及特征。通过分析试验得到的滞回曲线等数据，对节点的承载力、延性、耗能能力、强度退化等指标进行了详细的分析与比较。分析结果表明，该种节点的抗震性能优良，具有良好的延性和耗能能力。 最后，提出了方矩管混凝土结构中若干有待进一步深入研究的问题，并对方矩管混凝土结构的发展形势进行了展望。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1钢结构住宅体系发展概况

1.2方矩管混凝土结构

1.3本文研究的主要内容

第二章方矩管混凝土柱的计算理论研究

2.1现有钢管混凝土计算理论及其比较

2.2钢管混凝土检测试验

2.3日本规范采用的方矩管混凝土柱的计算方法

2.4方矩管混凝土柱的轴压力分配系数研究

2.5方矩管混凝土柱的叠加理论计算公式

3.1方矩管混凝土梁柱节点形式及研究现状

3.2隔板贯通式节点的提出及计算理论

3.3隔板贯通式节点静力拉伸试验目的及方案

3.4静力拉伸试验现象及结果

3.5静力拉伸试验结论

4.1试验目的及设计原则

4.2试件设计的过程

4.3加载方案的确定

4.4试验观测设计

4.5节点的破环过程及试验现象

4.6三个节点试件滞回曲线与骨架曲线的比较与分析

4.7隔板贯通式节点拟静力试验总结

第五章结论与展望

参考文献

论文发表及参与科研情况说明

致谢