新型T形钢管混凝土柱—钢梁装配式节点的抗震性能研究

发布时间：2020-06-21 16:35

【摘要】：钢管混凝土结构具有承载力高、韧性和塑性好等优点,但是该结构容易在室内出现凸角,影响建筑的使用功能。为此,人们提出了异形钢管混凝土结构,其柱截面通常采用T形、L形和十字形等异形截面形式,有效地解决了室内出现凸角问题。异形钢管混凝土柱-钢梁连接节点通常采用外加强环板式节点、内隔板式节点和侧板连接节点,其中外加强环板式节点由于外环板的存在会影响建筑的使用功能,而内隔板式节点由于内隔板位于钢管内导致加工困难且会影响混凝土的浇筑质量,而侧板连接节点,侧板与管壁之间一般通过焊缝连接,二者能否协同受力值得商榷。为此,作者提出了一种新型T形钢管混凝土柱-钢梁装配式节点,并对该新型节点和采用该节点形式的平面框架进行了抗震性能的数值分析,结果表明该节点能够满足承载力和抗震性能要求,且安装时仅需螺栓连接,不需要焊接,施工简便,为异形钢管混凝土结构的推广应用提供技术支持。本文主要进行了以下工作:(1)综述了传统钢管混凝土结构节点和异形钢管混凝土结构节点的研究进展。(2)提出了新型T形钢管混凝土柱-钢梁装配式节点,该新型节点是在已有研究的外加强环板T形钢管混凝土柱-钢梁节点的基础上改进而来,将外加强环板改为节点区域钢管管壁局部加厚并在钢管内设置交错的拉结板,钢梁与钢管混凝土柱通过Z字形悬臂梁实现全螺栓连接。为了对比分析说明改进措施对于节点抗震性能的影响,在新型节点和已有外加强环板式节点的基础上同时设计出另外两个节点:(1)将新型节点的Z字形悬臂梁与钢梁全螺栓连接改为悬臂梁与钢梁的翼缘焊接、腹板螺栓连接;(2)将与新型节点连接的钢梁改为狗骨式钢梁。(3)利用有限元软件ABQUAS建立了上述4个节点的实体单元模型,模型的建立考虑了材料非线性、几何非线性和接触非线性,对4个节点模型分别进行了低周循环往复荷载作用下的分析,得到了各个节点的滞回曲线、耗能能力、骨架曲线、极限承载能力和延性性能、刚度退化等抗震性能指标,并对比分析了4个节点在加载过程中应力的分布情况和节点的最终破坏变形。结果表明:新型节点的改进措施能有效的改善节点的抗震性能,满足“强节点,弱构件”的抗震设计要求。(4)基于纤维单元模型的采用该新型节点的平面框架的抗震性能研究。首先,利用有限元软件ABQUAS分别建立了采用该新型节点的单跨单层平面框架的实体单元模型和纤维单元模型,并进行了单调荷载作用下的分析,通过比较两种模型的分析结果验证了纤维单元模型分析的准确性。然后,对平面框架的纤维单元模型进行了低周循环往复荷载作用下的分析,并分别考虑了不同轴压比和采用不同强度等级的混凝土对于框架抗震性能的影响。结果表明:轴压比对于平面框架的抗震性能的影响较大,混凝土的强度等级对平面框架的抗震性能影响较小。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9;TU352.11
【图文】：

混凝土柱,截面形式,混凝土

形、L形和十字形等截面柱（如图1-1所示），可以做到柱肢的宽度与墙体的厚度相同，这样就有效的提高了房间的实际使用面积、舒适度和观感，异形钢管混凝土柱具有传统钢管混凝土柱合理利用钢材和混凝土材料优势的特点，即钢管对混凝土有约束作用，使得混凝土处于三向受力的状态，可以使混凝土的强度得到提高，同时由于钢管内填混凝土，可以避免钢管过早的发生屈曲。另外异形钢管混凝土柱还可以减轻结构的自重，节约资源，有良好的经济效益，是一种符合现代建筑发展方向的结构形式。（a）T形钢管混凝土柱（b）L形钢管混凝土柱（c）十字形钢管混凝土柱图1-1异形钢管混凝土柱截面形式异形钢管混凝土柱还可以根据截面的构成形式分为以下几种：（1）普通异形钢管混凝土柱，即直接由钢板焊接而成且混凝土截面中无任何构造措施的异形钢管混凝土柱

混凝土柱,焊接组合,矩形钢管,U形管

组合式异形钢管混凝土柱（b）矩形钢管与U形管焊接组合式T形

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