卷边钢板PEC柱(柱弱轴)—钢梁(截面削弱)端板连接组合框架抗震性能
本文选题:新型卷边PEC柱组合框架结构 + 削弱截面梁 ; 参考:《苏州科技大学》2017年硕士论文
【摘要】:框架结构作为目前结构工程中采用最多的一种结构体系,经过合理的设计,可较好满足“强柱弱梁、强剪弱弯和强节点”抗震设计原则。而钢-混凝土组合结构集混凝土结构和钢结构各自优点,且钢与混凝土间组合效应在一定程度上改善了钢结构稳定性能和提高了混凝土的约束作用。对于本文研究的PEC柱是新近发展起来的一种新型组合构件,如今,对PEC柱的相关研究主要集中在构件、节点连接和层间子结构抗震方面,而对结构整体层面上的研究成果较少。为此,为了充实PEC柱在整个结构体系应用中的抗震性能,同时为体现PEC柱的“双向等刚度”特性,本文选择1榀端板预拉对穿螺栓连接的卷边钢板PEC柱(弱轴)-钢梁(梁端削弱截面)组合框架结构底部两层单跨试验试件作为研究对象,对其的抗震性能进行研究,为后期PEC柱在实际工程中的应用提供充分的理论基础。对于该试验,考虑学校试验室加载设备的加载能力,按照1:2缩尺制作试件进行水平低周往复荷载滞洄性能的拟静力试验,得到相关研究成果。同时利用ABAQUS对其进行水平循环荷载下抗震性能的模拟分析,揭示其抗震机理,并将模拟与试验的结果进行相应的对比,以验证有限元模拟的可行性。并考虑实际工程情况中轴力对组合框架结构的影响,从而利用有限元软件模拟分析轴向力对组合框架结构的影响,得到与实际工程最相符合的模型的抗震性能。研究结果表明:试件承载能力高、抗侧刚度大,且试验试件的上下层的刚度差异受加载进程中结构损伤的影响,使得加载到后期,试件上下层刚度差异逐渐减小,最终趋于等刚度分配;试件结构的层间剪力几乎由两根柱子均分,且试件层间侧移主要由试件的剪切变形提供,表现了试件的剪切型变形模式;试件主要通过梁端削弱截面屈服和PEC柱脚混凝土压溃与钢构架屈服耗能,但四个节点的耗能占总体耗能的比重偏多,且上下层耗能分布近似均匀;采用端板预拉对穿螺栓连接和梁端削弱截面,较好改善了节点的转动能力和抗震耗能需求;试件最终破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱底部钢构架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,试件的的抗震延性,可以从试件的节点转角以及层间侧移充分体现出来,均超过框架结构在大震作用下的层间侧移角限值;通过轴向力模拟分析研究,试件施加轴向力所产生的二阶效应,加快了试件的屈服进程,使得试件的屈服耗能更加充分。
[Abstract]:As one of the most widely used structural systems in structural engineering at present, the frame structure can meet the seismic design principles of "strong column and weak beam, strong shear and weak bending and strong joint" through reasonable design.The steel-concrete composite structure combines the advantages of the concrete structure and the steel structure, and the combination effect between steel and concrete improves the stability of the steel structure to a certain extent and enhances the concrete constraint.The PEC column studied in this paper is a new type of composite member recently developed. Nowadays, the research on the PEC column is mainly focused on the component, the connection of the joints and the earthquake resistance of the interstory substructure, but the research results on the whole layer of the structure are less.Therefore, in order to enrich the seismic performance of the PEC column in the application of the whole structure system, and to embody the "bidirectional equal stiffness" characteristic of the PEC column,In this paper, a two-story single-span test specimen at the bottom of a PEC column (weak-axle-steel beam) composite frame structure with end-plate pretension and bolt connection is selected as the research object, and its seismic behavior is studied.It provides a sufficient theoretical basis for the application of PEC columns in practical engineering.For this test, considering the loading capacity of the school laboratory loading equipment, the quasi-static test of the hysteresis performance of horizontal low cycle reciprocating load is carried out according to the 1:2 scale, and the relevant research results are obtained.At the same time, the seismic behavior under horizontal cyclic load is simulated and analyzed by ABAQUS, and the seismic mechanism is revealed, and the results of simulation and test are compared to verify the feasibility of finite element simulation.Considering the influence of the axial force on the composite frame structure in the actual engineering situation, the influence of axial force on the composite frame structure is simulated by using the finite element software, and the seismic behavior of the model that is most consistent with the actual project is obtained.The results show that the load-bearing capacity of the specimen is high, and the stiffness difference of the upper and lower layers of the test specimen is affected by the damage of the structure during the loading process, which makes the stiffness difference of the upper and lower layers decrease gradually at the later stage of loading.The interlayer shear force of the specimen structure is almost divided by two columns, and the lateral displacement between the layers of the specimen is mainly provided by the shear deformation of the specimen, which shows the shear deformation mode of the specimen.The beam end weakens the cross section yield and the PEC column foot concrete collapses and the steel frame yields to consume energy, but the energy consumption of the four joints is more than the total energy consumption, and the energy consumption distribution of the upper and lower layers is approximately uniform.The end plate pretension is applied to the bolt connection and the beam end to weaken the cross section, which can improve the rotation ability of the joint and the energy demand of seismic resistance.The ultimate failure mode of the specimen is the plastic failure mechanism where the beam end is weakened and the steel frame at the bottom of the PEC column yields and concrete collapses to form a plastic hinge. The seismic ductility of the specimen can be fully reflected from the joint angle of the specimen and the lateral displacement between the layers.Through the analysis of axial force simulation, the second order effect of axial force applied on the specimen accelerates the yield process of the specimen, and makes the yield energy consumption of the specimen more fully than the limit value of the lateral lateral displacement angle of the frame structure under the action of the strong earthquake, and the second order effect caused by the axial force applied on the specimen is accelerated, so that the yield energy of the specimen is more fully consumed.
【学位授予单位】:苏州科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU398.9
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,本文编号:1745919
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