方钢管混凝土梁柱齿状钢板连接节点的试验研究

摘要

钢管混凝土结构由于能够充分发挥混凝土和钢材两种材料的特点，且具有强度高、抗震性能好等优点，近年来在高层建筑中得到较多应用。梁柱节点的性能是影响结构整体性能的关键，但目前对方钢管混凝土柱一钢筋混凝土梁节点研究尚不完善。 本文在总结国内外现有方钢管混凝土柱一钢筋混凝土梁节点的基础上，针对现有节点存在的问题，提出了一种适用于方钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的新型节点一齿状钢板节点。为充分了解该新型节点的受力性能，本文采用试验分析、有限元模拟、理论计算相结合的方法，对节点进行了系统的分析与研究。主要进行以下工作： 首先，为了增大钢板与混凝土之间的粘结力，在钢板上做不同形式的开孔，对不同开孔孔径齿状钢板进行拔出试验，得出不同孔径齿状钢板与混凝土之间的粘结性能。按照相似理论，制作了3:1的节点缩尺模型，进行低周反复荷载作用下的节点试验研究。详细介绍了节点破坏现象，分别分析了混凝土梁中纵筋、齿状钢板和节点域的应力应变情况，研究了混凝土梁中纵筋、齿状钢板和混凝土的滑移曲线。 其次，分析节点的传力机理，根据试验中的实际材料参数和模型尺寸计算钢管混凝土柱的承载力及最大轴压比，梁端的受弯承载力，节点抗剪承载力及裂缝情况等。 最后，利用有限元软件ANSYS对该节点试验模型进行非线性有限元分析，进一步研究节点的受力机理。着重分析梁内齿状钢板、钢筋、方钢管柱应力及混凝土的裂缝情况，并与试验结果进行对比。 结果表明该方钢管混凝土柱一钢筋混凝土梁新型节点中齿状钢板增强了节点的整体性，能很好的传递梁端弯矩和剪力，具有良好的受力性能。为这种新型节点在工程中的应用提供理论和试验参考。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1钢管混凝土结构

1.1.1钢管混凝土结构的特点

1.1.2高层建筑钢管混凝土结构节点类型

1.2目前国内外对钢管混凝土结构节点研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3钢管混凝土梁柱连接存在的问题

1.4本文的研究目的

1.5本文的主要工作

第2章方钢管混凝土梁柱齿状钢板连接节点试验

2.1试验方案

2.1.1齿状钢板节点试件设计

2.1.2不同开孔孔径齿状钢板拔出试验

2.1.3齿状钢板节点试件制作

2.1.4试验测点的布置

2.1.5试验数据的采集

2.1.6加载模式

2.2试验现象及其分析

2.2.1混凝土梁的破坏现象

2.2.2混凝土梁的裂缝成因分析

2.3试验结果及分析

2.3.1梁中纵筋的应力应变分析

2.3.2齿状钢板的应力应变分析

2.3.3方钢管柱的应力应变分析

2.3.4混凝土的应力应变分析

2.3.5同一截面处齿状钢板、钢筋与混凝土的粘结滑移曲线

2.3.6试件的滞回曲线

2.4本章小结

第3章方钢管混凝土梁柱齿状钢板节点承载力分析

3.1钢管混凝土梁柱齿状钢板节点传力机理

3.2方钢管混凝土柱的计算

3.2.1柱的承载力计算

3.2.2柱的最大轴压比

3.3钢筋混凝土梁端受弯承载力

3.3.1不考虑齿状钢板作用

3.3.2考虑齿状钢板作用

3.4节点区抗剪承载力

3.5关于梁内裂缝的计算

3.5.1最大裂缝宽度计算

3.5.2裂缝机理

3.6本章小结

第4章方钢管混凝土梁柱齿状钢板节点有限元分析

4.1概述

4.2材料的本构关系

4.2.1钢材的本构关系

4.2.2混凝土的本构关系

4.2.3混凝土的破坏准则和破坏面

4.3有限元模型的建立

4.3.1几何建模

4.3.2单元模型的选取

4.3.3材性定义和单元划分

4.3.4边界条件及荷载工况的约束情况

4.3.5求解器的选择

4.4有限元结果分析

4.4.1齿状钢板的应力分析

4.4.2梁中钢筋的应力分析

4.4.3方钢管柱的应力分析

4.4.4梁中混凝土的裂缝分析

4.4.5混凝土的应力分析

4.4.6承载力分析

4.5有限元分析与试验结果比较

4.5.1齿状钢板应力分析比较

4.5.2梁中钢筋应力分析比较

4.5.3梁中混凝土裂缝分析比较

4.6本章小结

结论

参考文献

致谢

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