型钢混凝土框架梁柱节点受力性能有限元分析

摘要

型钢混凝土(Steel reinforced concrete，简称SRC)是指在混凝土中主要配置型钢(轧制或焊接成型)，并配有一定的纵向受力筋和横向箍筋的结构，是钢与混凝土组合结构的一种主要形式。型钢混凝土结构具有承载力高、刚度大、构件截面尺寸小、良好的延性和耗能性能等优点，特别适用于地震区，尤其是地震区的高层和超高层建筑中采用型钢混凝土结构更具优越性。目前，无论在我国，还是在欧美和日本等国家，型钢混凝土结构的应用和推广都日趋广泛。因此对型钢混凝土进行系统深入的研究，掌握其结构性能，并充分应用于工程实践中，具有非常重要的意义。 在型钢混凝土结构的设计和计算中，节点的设计和计算是关键问题之一。节点是连接梁和柱的关键部位，梁和柱的内力通过节点传递，因此节点工作的安全可靠是保证结构正常工作的前提。节点受力复杂，通常处于压弯剪复合应力状态，因此研究并弄清楚节点的受力性能、破坏机理，使节点设计得传力明确、计算可靠、构造合理是非常重要的。在复杂的地震作用下，更应该重视节点的合理正确的设计。 本文利用大型通用有限元软件ANSYS对型钢混凝土框架梁、柱节点的三种构造形式做了详细的有限元分析，考察其应力、应变及混凝土裂缝分布情况，并分别对三种构造形式节点的承载力影响因素作了分析。首先利用有限元分析软件ANSYS对钢梁-型钢混凝土柱框架节点、钢筋混凝土梁一型钢混凝土柱框架节点、型钢混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点三种构造节点进行计算分析，采用分离式有限元离散化模型，将型钢、钢筋混凝土分别选用不同的单元，钢筋混凝土部分采用组合式(第四、五章)、整体式(第六章)模型，模拟其在荷载作用下的受力性能，得出混凝土及型钢的应力、应变分布图和混凝土的裂缝情况图。然后通过对混凝土及型钢的应力、应变分布图的分析，得出节点的破坏模式。最后通过建立不同的模型进行计算，分析了加劲板、型钢腹板、轴压比、剪跨比及混凝土强度对节点受力性能的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1前言

1.2型钢混凝土结构概述

1.2.1型钢混凝土结构的特点

1.2.2型钢混凝土的主要结构形式

1.3型钢混凝土结构的研究现状与发展趋势

1.3.1国外的研究

1.3.2我国SRC结构的应用与研究

1.3.3我国的设计方法

1.4型钢混凝土梁柱节点研究现状

1.4.1国内外试验研究

1.4.2国内外有限元分析

1.4.3存在的问题

1.5本文研究的内容

第二章 型钢混凝土梁柱节点计算理论

2.1型钢混凝土梁柱节点的连接形式与构造

2.2型钢混凝土梁柱节点受力机理及抗剪承载力分析

2.2.1前言

2.2.2受力机理分析

2.3型钢混凝土梁、柱节点抗剪承载力分析

2.3.1钢骨腹板承载力

2.3.2混凝土抗剪承载力

2.3.3箍筋抗剪承载力

2.4型钢混凝土梁柱节点的计算方法

2.4.1节点设计原则

2.4.2型钢混凝土梁柱节点的构造与计算方法

第三章 型钢混凝土结构有限元分析理论

3.1塑性理论

3.1.1几个相关的定义及基本假设

3.1.2 Mises模式简介

3.2有限元分析计算基本步骤

3.3有限元非线性问题求解的基本方法

3.4型钢混凝土结构力学模型的建立

3.5本文中模型的选取

第四章 钢梁-型钢混凝土柱节点有限元分析

4.1型钢混凝土节点模型单元类型的选取

4.1.1钢筋混凝土单元

4.1.2型钢单元

4.2型钢混凝土本构模型的选取

4.2.1凝土本构模型的选取

4.2.2型钢和钢筋本构模型的选取

4.3几何模型的建立

4.3.1模型的设计

4.3.2材料参数的输入及单元的划分

4.3.3边界条件及荷载

4.4计算收敛问题及处理方法

4.5有限元计算结果及其分析

4.5.1有限元计算结果分析

4.5.2影响节点性能的几个因素

第五章 钢筋混凝土梁-型钢混凝土柱节点有限元分析

5.1型钢混凝土节点模型单元类型的选取

5.1.1钢筋混凝土单元

5.1.2型钢单元

5.2型钢混凝土本构模型的选取

5.2.1混凝土本构模型的选取

5.2.2型钢和钢筋本构模型的选取

5.3几何模型的建立

5.3.1模型的设计

5.3.2材料的参数输入及单元划分

5.3.3边界条件及荷载

5.4计算收敛问题及处理方法

5.5有限元计算结果及其分析

5.5.1有限元计算结果分析

5.5.2影响节点性能的几个因素

第六章 型钢混凝土梁-型钢混凝土柱节点有限元分析

6.1型钢混凝土节点模型单元类型的选取

6.1.1钢筋混凝土单元

6.1.2型钢单元

6.2型钢混凝土本构模型的选取

6.2.1混凝土本构模型的选取

6.2.2型钢和钢筋本构模型的选取

6.3几何模型的建立

6.3.1模型的设计

6.3.2材料参数的输入及单元的划分

6.3.3边界条件及荷载

6.4计算收敛问题及处理方法

6.5有限元计算结果及其分析

6.5.1有限元计算结果分析

6.5.2影响节点性能的几个因素

第七章 总结与展望

7.1本文工作总结

7.2未来工作展望

致谢

参考文献

在学期间的发表的论著