预制装配式钢管约束耗能节点滞回性能研究

发布时间：2020-10-10 13:25

　　 随着建筑产业现代化的推进,装配式混凝土结构作为其中形式之一,也成为了研究的热点,尤其是装配式框架梁柱节点的连接方式。为此,本文提出了一种新型的预制装配式钢管约束耗能框架节点,该节点核心区采用预制钢管约束钢纤维混凝土的形式,预制下柱与预制核心区通过灌浆连接、预制上柱与预制核心区通过钢筋套筒连接,预制梁与预制核心通过梁端局部现浇连接段进行连接,实现的“强节点、弱构件”的抗震设计理念。主要工作内容包括以下几个方面:(1)进行了4个预制装配式钢管约束耗能框架节点和1个现浇框架节点滞回试验研究,试验参数主要核心外包钢管的厚度、节点轴压比和梁端连接段钢纤维掺量,探讨各参数对节点的破坏形态、节点核心区的剪切变形、延性和耗能能力的影响规律。试验结果表明:预制装配式钢管约束耗能框架节点的承载力、延性、耗能能力均优于现浇框架节点。在发生梁端塑性铰破坏的前提下,随着梁端连接段混凝土掺入钢纤维体积率的提高,新型节点的承载力、延性、耗能能力、梁端塑性铰的转动能力略有提高,试件P-Δ曲线的刚度和强度退化也较为缓慢。在试验轴压比内,轴压比越高水平承载力略有提高,相应的耗能能力也略有提高,但是节点的延性有所降低、刚度和强度退化也较快。节点核心区外包钢管厚度从8mm改变到4mm,试件的破坏模态由梁端破坏变化为节点核心区剪切破坏且呈脆性破坏特征。(2)采用有限元软件ABAQUS对节点性能进行了模拟。确定了外包钢管、梁柱钢筋、钢纤维混凝土、普通混凝土和钢管约束混凝土的受压、受拉本构模型以及各预制部件接触设置的基础上,建立了预制装配式钢管约束耗能节点的有限元模型,有限元计算得到的骨架曲线与试验结果吻合良好。结合有限元分析和试验结果分析了预制装配式钢管约束耗能节点的斜压杆-桁架-约束机制传力过程,明晰了节点的破坏模态。(3)利用ABAQUS软件,分别针对各因素对连接段梁端抗弯承载力和核心区抗剪承载力的影响进行了大量的参数分析。参数分析结果表明:连接区掺入钢纤维体积率和梁钢筋的配筋率对梁端抗弯承载力影响较为显著;以核心区混凝土掺入钢纤维体积率、核心区外包钢管厚度和核心区混凝土强度对新型节点的抗剪承载力影响较为显著。在参数分析的基础上,回归得到了预制装配式钢管约束耗能框架节点的梁端抗弯承载力和核心区抗剪承载力的简化公式。
【学位单位】：福建工程学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU398.9
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景与研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 装配式节点的研究现状
        1.2.2 钢纤维混凝土的研究现状
    1.3 本文的节点构造与研究内容
        1.3.1 预制装配式钢管约束耗能节点的构造
        1.3.2 研究内容
    1.4 拟解决的关键技术问题
第二章 预制装配式钢管约束耗能节点试验研究
    2.1 引言
    2.2 试验概况
        2.2.1 试件设计
        2.2.2 试件制作
        2.2.3 试件材料
        2.2.4 试件制作
        2.2.5 试验装置和试验方法
    2.3 试验分析
        2.3.1 试验现象
        2.3.2 破坏模式
    2.4 试验结果分析
        2.4.1 滞回曲线
        2.4.2 应变片曲线图
        2.4.3 各参数滞回曲线和骨架对比
        2.4.4 节点试件屈服与破坏的确定
        2.4.5 延性系数
        2.4.6 强度退化规律
        2.4.7 刚度退化规律
        2.4.8 耗能能力
        2.4.9 梁柱节点核心区剪切变形
        2.4.10 梁柱节点梁端塑性铰区域弯矩M-曲率?滞回曲线
    2.5 本章小结
第三章 预制装配式钢管约束耗能节点传力机制及数值分析
    3.1 概述
    3.2 斜压杆-桁架-约束传力机制
        3.2.1 斜压杆机制理论
        3.2.2 桁架机制理论
        3.2.3 约束机制理论
    3.3 有限元模型的建立
        3.3.1 材料的本构模型
        3.3.2 单元、网格、边界条件和接触
    3.4 算例分析
        3.4.1 方钢管混凝土柱
        3.4.2 钢筋混凝土节点
        3.4.3 钢筋钢纤维高强混凝土梁柱节点
        3.4.4 全预制装配式钢管约束框架节点
        3.4.5 钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点
    3.5 有限元计算结果与试验结果的对比分析
        3.5.1 破坏形态
        3.5.2 有限元结果与试验曲线对比
        3.5.3 极限荷载对比
    3.6 节点破坏工作机理分析
        3.6.1 节点混凝土裂缝发展过程
        3.6.2 节点传力机制
    3.7 本章小结
第四章 有限元参数分析及简化计算方法
    4.1 引言
    4.2 梁端塑性铰抗弯承载力参数分析
        4.2.1 轴压比
        4.2.2 梁钢筋的配筋率
        4.2.3 钢纤维体积率
        4.2.4 翼缘厚度
        4.2.5 腹板的高厚比
    4.3 节点核心区抗剪承载力参数分析
        4.3.1 轴压比
        4.3.2 核心区的混凝土强度
        4.3.3 外包钢管厚度
        4.3.4 钢纤维体积率
    4.4 节点梁端塑性铰抗弯承载力计算
    4.5 节点核心区抗剪承载力计算公式
    4.6 本章小结
第五章 结论与展望
参考文献
致谢
个人简历
在校期间参与的科研项目
在校期间研究成果及发表的学术论文
获奖情况

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 程蓓;苗小燕;徐建伟;;一种新型装配式混凝土框架结构连接节点试验研究[J];工业建筑;2015年12期

2 张军伟;周冉;;钢纤维混凝土节点核心区抗裂性能试验研究[J];河南建材;2015年04期

3 罗敏;艾军;;浅析钢纤维对框架节点抗震性能的改善[J];江苏建筑;2014年03期

4 尤培波;杨国洲;王仪;;钢纤维高强混凝土及其在框架节点中的应用分析[J];河南城建学院学报;2014年03期

5 汪青杰;张延年;徐春一;赵金峰;田芃;杨光;;钢管混凝土柱与型钢梁装配式节点抗震试验[J];沈阳工业大学学报;2014年03期

6 白敏;牛荻涛;姜磊;苗元耀;;钢纤维改善混凝土力学性能和微观结构的研究[J];硅酸盐通报;2013年10期

7 张晓燕;曹晨杰;孙丽;霍洪媛;;钢纤维混凝土轴压应力-应变曲线试验研究[J];混凝土;2013年05期

8 张喆;蔡建国;冯健;曹云峰;;低周反复荷载下梁柱中节点非线性分析[J];四川建筑科学研究;2012年02期

9 韩嵘;赵顺波;曲福来;;钢纤维混凝土抗拉性能试验研究[J];土木工程学报;2006年11期

10 傅剑平;张川;陈滔;白绍良;;钢筋混凝土抗震框架节点受力机理及轴压比影响的试验研究[J];建筑结构学报;2006年03期

相关博士学位论文 前3条

1 史科;钢筋钢纤维高强混凝土梁柱节点抗震性能及计算方法[D];郑州大学;2016年

2 张发盛;钢纤维自密实混凝土梁斜截面受剪性能研究[D];大连理工大学;2014年

3 李威;圆钢管混凝土柱—钢梁外环板式框架节点抗震性能研究[D];清华大学;2011年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈少敏;预制装配式钢管约束框架节点抗剪性能研究[D];福建工程学院;2018年

2 邱臻;榫卯式预制混凝土节点受力性能试验研究[D];烟台大学;2018年

3 张艳;装配式钢筋混凝土梁柱节点的非线性力学性能研究[D];西安建筑科技大学;2018年

4 赵锐;预制装配式钢筋混凝土结构塑性可控钢质梁柱节点研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

5 张梓超;钢纤维混凝土单轴受压本构关系试验研究[D];郑州大学;2017年

6 石彩华;钢板螺栓连接装配式混凝土梁柱节点试验研究[D];北京建筑大学;2017年

7 凡有纪;自密实钢纤维混凝土收缩徐变性能试验研究[D];华北水利水电大学;2017年

8 张岗岗;装配式交错桁架与方钢管混凝土柱套筒—端板节点静力性能试验研究[D];西安建筑科技大学;2017年

9 马维龙;新型预制装配式钢骨混凝土组合节点数值模拟研究[D];西安理工大学;2016年

10 周宇凌;混合装配式预应力混凝土框架节点试验研究[D];东南大学;2016年

本文编号：2835256