方钢管混凝土柱-U形钢混组合梁穿心式节点抗震性能研究

摘要

U形钢混组合梁由于具有承载力高、局部稳定性能好、防火性能好、施工便捷和装配化程度高等优点而拥有广阔的应用前景，为了推动其发展，本文提出两种方钢管混凝土（CFST）柱-U形钢混组合梁穿心式中节点构造形式，并开展抗震性能研究工作，主要研究内容和成果如下：　　基于现有的规范和文献，统计整理CFST柱设计方法和U形钢混组合梁全塑性截面承载力设计方法，对两种施工方式中节点分别设计了3个带楼板的CFST柱-U 形钢混组合梁穿心式试件并进行了拟静力试验研究，试验参数为轴压比、加载方式和梁端构造。通过试验得到的滞回曲线和相关应变值，分析得到节点的骨架曲线、承载力、变形能力、延性和耗能能力、强度和刚度退化规律等。试验结果表明：I 类节点发生梁端焊缝热影响区低周疲劳破坏和节点区槽钢破坏的混合破坏模式， II 类节点发生梁端下翼缘以及腹板拉裂和局部屈曲的破坏模式；两类节点的承载力高，刚度大，变形能力和耗能能力强，延性较好，均具有良好的抗震性能。　　建立了两类CFST柱-U形钢混组合梁中节点的ABAQUS有限元节点模型，模拟得到的峰值荷载与试验值相吻合，应力集中区域与试验破坏模式相匹配，证明了该模型的有效性。基于上述有效模型，分析了轴压比、混凝土的强度等级、节点区槽钢厚度、楼板配筋率和节点区槽钢开洞处焊接等参数对I类节点的承载力和破坏模式的影响，分析了钢梁焊接位置、节点区槽钢厚度和直交梁对 II 类节点的承载力和破坏模式的影响。　　基于试验研究结果和有限元分析结果，针对本文提出的U形钢混组合梁-CFST柱穿心式节点构造形式提出设计和构造建议。

目录

主要符号

1 绪 论

1.1 引言

1.2 钢-混凝土组合结构

1.2.1 钢-混凝土组合结构的发展

1.2.2 钢-混凝土组合结构的类型

1.2.3 方钢管混凝土柱与U形钢混组合梁

1.3 相关课题研究现状

1.3.1 CFST柱-钢梁节点研究现状

1.3.2 CFST柱-RC梁节点研究现状

1.3.3 CFST柱-U形钢混组合梁节点研究现状

1.3.4 U形钢混组合梁与其他类型柱连接节点研究现状

1.4 本文主要工作

2 CFST柱-U形钢混组合梁节点设计

2.1 引言

2.2 节点构造及安装方式

2.2.2 Ⅱ类节点

2.3 CFST柱设计

2.3.1 轴心受压强度承载力

2.3.2 轴心受压稳定承载力

2.3.3 受弯承载力

2.3.4 承载轴心压力和弯矩作用时稳定承载力

2.3.5 节点抗剪承载力

2.4 U形钢混组合梁设计

2.4.1 正弯矩作用下正截面极限受弯承载力

2.4.2 负弯矩作用下正截面极限受弯承载力

2.5 U形钢混组合梁混凝土板有效宽度与厚度

2.6 本章小结

3 CFST柱-U形钢混组合梁穿心式节点抗震试验研究

3.1 引言

3.2 试验概况

3.2.1 试件设计制作

3.2.2 材料力学性能

3.2.3 试验装置与加载制度

3.2.4 测量内容及测点布置

3.3 试验现象及破坏模式分析

3.3.1 Ⅰ类节点

3.3.2 Ⅱ类节点

3.4 试验结果及分析

3.4.1 Ⅰ类节点

3.4.2 Ⅱ类节点

3.5 本章小结

4 有限元分析研究

4.1 引言

4.2 节点模型的建立

4.2.1 材料本构关系

4.2.2 单元类型及网格划分

4.2.3 单元连接和接触

4.2.4 边界条件与荷载施加

4.3 节点模型的验证

4.4 Ⅰ类节点模型参数分析

4.4.1 参数确定

4.4.2 轴压比

4.4.3 混凝土强度等级

4.4.4 节点区槽钢厚度

4.4.5 楼板配筋率

4.4.6 节点区槽钢开洞处焊接

4.5 Ⅱ类节点参数分析

4.5.1 参数确定

4.5.2 钢梁焊接位置

4.5.3 节点区槽钢厚度

4.5.4 直交梁

4.6 设计与构造建议

4.6.2 Ⅱ类节点

4.7 本章小节

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 研究展望

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间所获奖励

B 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

C 学位论文数据集

致谢