单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的抗震试验与理论研究

发布时间：2018-08-19 09:04

【摘要】：单边螺栓端板连接钢管混凝土框架是由方或圆钢管混凝土柱组成,与钢梁通过端板连接形成的一种组合结构,具有抗震性能好、连接方便、承载力高等优势,多次试验证明单边螺栓端板连接节点具有典型的半刚性特征,可应用于多高层住宅和大跨度建筑领域。目前国内外对刚性连接的钢管混凝土框架进行了大量的试验研究,但对半刚性连接的钢管混凝土框架的研究仍较少见,本文通过对单边螺栓端板连接钢管混凝土框架进行拟动力试验和非线性动力时程分析,分析了此类新型框架的抗震性能和在地震作用下的动力响应,考察了多尺度模型对计算结果和效率的影响。主要研究工作如下:(1)开展了2榀单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的拟动力试验,评价了此类新型组合结构在El-Centro地震波作用下的动力响应,分析了其滞回性能、延性、动力放大系数和耗能等抗震性能指标。并讨论在柱截面宽度和含钢率相同的条件下,柱截面形式对半刚性钢管混凝土框架承载力和刚度的影响。(2)采用OpenSees有限元软件建立2榀两层单跨单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的有限元模型,模型考虑了材料非线性和几何非线性,将节点简化为本文提出的弯矩转角简化计算模型,梁柱节点域采用一种非线性弹簧模型来进行模拟,获得了框架的层间位移时程曲线和水平荷载(P)-水平位移(Δ)关系曲线,与试验结果进行对比,验证其准确性。(3)基于OpenSees程序建立单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的理论分析计算模型,应用试验验证计算模型的合理性和准确性,分析不同参数与框架滞回性能的关系。对1榀十层平面框架进行了多遇和罕遇地震的弹塑性时程分析,研究了节点刚度对框架抗震性能的影响。(4)利用ABAQUS软件建立了单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的多尺度模型,节点连接处使用实体单元建模,梁柱采用梁单元,混凝土本构模型选择清PQ-fiber子程序。与采用实体单元和杆件单元的计算模型的模拟结果相比,分析了多尺度模型对计算效率的提高。
[Abstract]:The concrete filled steel tube frame connected with single side bolt end plate is a kind of composite structure which is composed of square or circular concrete-filled steel tubular columns and connected with steel beam through end plate. It has the advantages of good seismic performance, convenient connection, high bearing capacity, etc. It has been proved that the single-side bolted end-plate connections have typical semi-rigid characteristics and can be used in the field of multi-high-rise residential buildings and long-span buildings. At present, a large number of experimental studies have been carried out on concrete-filled steel tubular frames with rigid connections at home and abroad, but the research on semi-rigid concrete-filled steel tubular frames is still rare. In this paper, the quasi dynamic test and nonlinear dynamic time history analysis of concrete filled steel tube frame connected with single side bolt end plate are carried out, and the seismic behavior and dynamic response of this new frame under earthquake action are analyzed. The effect of multi-scale model on the calculation results and efficiency is investigated. The main research works are as follows: (1) the pseudo-dynamic tests of two concrete filled steel tube frames with single side bolt end plate connection are carried out, the dynamic response of the new composite structures under the action of El-Centro seismic wave is evaluated, and the hysteretic properties and ductility of the structures are analyzed. Dynamic magnification factor and energy dissipation and other seismic performance indicators. Under the condition that the column section width and steel content are the same, The influence of column cross-section on the bearing capacity and stiffness of semi-rigid concrete-filled steel tube frame. (2) the finite element model of two two-story single-span single-side bolted end-plate connected CFST frame is established by using OpenSees finite element software. Considering the material nonlinearity and geometric nonlinearity, the node is simplified as the simplified calculation model of bending moment angle proposed in this paper. The Liang Zhu node domain is simulated by a nonlinear spring model. The time-history curve of interstory displacement and the curve of (P) horizontal displacement (螖) relation of horizontal load are obtained, and the results are compared with the experimental results. (3) based on OpenSees program, the theoretical analysis and calculation model of concrete filled steel tube frame connected with single side bolt end plate is established. The rationality and accuracy of the calculation model are verified by experiments, and the relationship between different parameters and hysteretic performance of frame is analyzed. The elastoplastic time-history analysis of a 10-story frame subjected to frequent and rare earthquakes is carried out, and the influence of joint stiffness on the seismic behavior of the frame is studied. (4) the multi-scale model of concrete filled steel tube (CFST) frame with single side bolt end plate connection is established by using ABAQUS software. The joint is modeled with solid element, Liang Zhu with beam element and concrete constitutive model with clear PQ-fiber subroutine. Compared with the simulation results of the model with solid element and member element, the efficiency of multi-scale model is analyzed.
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU398.9;TU352.11

【参考文献】

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本文编号：2191193