復(fù)式鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點力學(xué)性能研究.pdf

1、復(fù)式鋼管混凝土柱具有較高抗壓承載力,在強地震作用下能體現(xiàn)出很好防倒塌能力,可將其用于大跨度橋梁或超高層房屋建筑中。內(nèi)圓外方的復(fù)式鋼管混凝土柱同時兼有整潔美觀及節(jié)點構(gòu)造簡便等特點,故在工程中日益受到重視。
　　然而,目前國內(nèi)外對復(fù)式鋼管混凝土柱-鋼梁連接節(jié)點的研究較少,阻礙了復(fù)式鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)的發(fā)展應(yīng)用,所以有必要研究新型復(fù)式鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的設(shè)計方法及抗震性能。綜合我國現(xiàn)狀及目前鋼管混凝土柱節(jié)點的研究成果,本文設(shè)計了一種新

2、型復(fù)式鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節(jié)點形式,對其進行了低周往復(fù)荷載試驗,同時采用數(shù)值模擬及理論分析相結(jié)合的方法對此類新型節(jié)點進行深入研究,主要研究內(nèi)容和取得的成果如下:
　　本文對6個新型復(fù)式鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點試件和1個單鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點試件進行了低周往復(fù)荷載作用下的試驗研究,此類新型節(jié)點的傳力構(gòu)件包括錨固腹板、水平端板、連接板及豎向肋板。結(jié)果表明:豎向肋板外伸長度可有效調(diào)節(jié)節(jié)點破壞時塑性鉸位置,錨固腹板加肋可有效提高節(jié)點承

3、載力;此類新型復(fù)式鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的破壞模態(tài)基本為水平端板與鋼梁翼緣連接處出現(xiàn)塑性鉸破壞;復(fù)式鋼管混凝土柱節(jié)點與方鋼管混凝土柱節(jié)點相比,承載力較高、耗能能力強、剛性和延性均較好,適用于抗震設(shè)防區(qū)的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中。
　　采用有限元分析軟件ABAQUS對新型復(fù)式鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點模型進行非線性有限元分析。數(shù)值分析得到的滯回曲線、骨架曲線及節(jié)點破壞模態(tài)與試驗結(jié)果吻合良好,證明了有限元模型在選取單元類型、材料本構(gòu)及破壞準則方面

4、的合理性。在此基礎(chǔ)上,對復(fù)式鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點進行了應(yīng)力分析,此類新型節(jié)點傳力路徑明確,在高軸壓比作用下具有良好的工作性能,錨固腹板加肋傳遞節(jié)點應(yīng)力的能力更好。
　　在數(shù)值模型的基礎(chǔ)上,對典型節(jié)點試件SBJ2-2進行系統(tǒng)參數(shù)分析。對比了梁端加載方式與柱端加載方式對節(jié)點破壞模態(tài)的影響;確定出豎向肋板與錨固腹板的合理高度;得出了各組參數(shù)下節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線及對應(yīng)的節(jié)點初始剛度曲線;采用三參數(shù)冪模型建立了此新型節(jié)點的彎矩-轉(zhuǎn)角實用

5、計算式,擬合出節(jié)點的初始剛度計算式;根據(jù)節(jié)點彎矩-轉(zhuǎn)角計算式所得結(jié)果與試驗、數(shù)值模擬結(jié)果進行對比,吻合良好。本文建立的節(jié)點彎矩-轉(zhuǎn)角全過程計算式可評價各個設(shè)計參數(shù)對節(jié)點受力的影響程度,為此類新型節(jié)點的工程設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。
　　研究此類新型復(fù)式鋼管混凝土柱-鋼梁節(jié)點的抗剪受力性能?？紤]節(jié)點在豎向軸力和梁端往復(fù)荷載作用下,鋼管柱壁的環(huán)向拉應(yīng)力對抗剪承載力的削弱作用;節(jié)點域的鋼材采用抗剪三折線模型,內(nèi)外層混凝土采用上升段和水平段抗剪模