钢管煤矸石砼柱—煤矸石砼梁连接节点的力学性能分析
本文选题:钢管煤矸石混凝土 + 煤矸石混凝土粱 ; 参考:《沈阳建筑大学》2013年硕士论文
【摘要】:钢管混凝土是将混凝土填入薄壁钢管内而形成的组合结构,借助钢管对核心混凝土的环向套箍作用,使核心混凝土处于三向受力状态,从而提高核心混凝土的抗压强度和压缩变形能力。同时,核心混凝土延缓了局部屈曲在钢管上的出现,使得钢管性能充分发挥,提高了构件承载能力和抗震性能。钢管煤矸石混凝土结构是将钢管中的普通混凝土用煤矸石混凝土替代并填充到钢管中,从而不但保持了普通钢管混凝土良好的抗震性能、高承载力等优点,而且具有自重轻、经济效果好等特点。采用煤矸石代替普通砂石作为轻骨料,可以节约砂石不可再生资源,治理环境污染,具有良好的经济影响和社会影响。现在,钢管混凝土结构应用广泛,但是对于梁柱节点的研究并不完善和成熟,且多集中于钢管混凝土柱与钢梁节点的研究。而在我国,钢管混凝土柱与混凝土梁连接节点的应用也较为广泛但是对其性能的研究较少。因此,本文主要对两种类型钢管煤矸石砼柱-煤矸石砼梁连接节点(钢筋贯穿式节点和环梁式节点)的力学性能进行研究。 本文利用ABAQUS软件,通过选择合理的材料本构关系和破坏准则,利用合适的接触模型、边界条件及加载方式,建立了钢管煤矸石砼柱-煤矸石砼梁连接节点模型进行有限元分析。 关于节点在单调荷载作用下的模拟,研究了节点在单调荷载作用下的传力机制、应力分布发展状况、破坏模态,同时计算了节点的梁端荷载-位移曲线(P-△)。结果表明,钢管煤矸石砼柱-煤矸石砼梁连接节点承载力高、刚度大、且性能优异。 关于节点在往复荷载作用下的模拟,对比分析了试验研究结果和有限元计算结果,表明有限元计算的梁端荷载-位移骨架曲线与试验曲线吻合良好,且模拟的节点破坏情况和试验相符。说明本文建立的有限元模型基本能用于分析和研究往复荷载作用下的钢管煤矸石混凝土柱-煤矸石混凝土梁连接节点的力学性能。然后,进一步分析了节点在往复荷载作用下钢管煤矸石混凝土柱和煤矸石混凝土梁的应力分布、破坏模态,研究了节点的梁端荷载-位移滞回曲线以及骨架曲线,结果表明,钢管煤矸石砼柱-煤矸石砼梁连接节点具有较饱满的滞回曲线,有良好的耗能能力和延性。 通过改变参数建立不同的有限元模型,深入研究了轴压比、梁柱刚度比、含钢率、煤矸石混凝土强度等对节点力学性能的影响。同时,进一步分析了各参数对荷载-位移曲线、刚度退化、强度退化等的影响,深入了解了钢管煤矸石砼柱-煤矸石砼梁连接节点的抗震性能。
[Abstract]:Concrete-filled steel tube (CFST) is a composite structure formed by filling the concrete into the thin-walled steel tube. With the help of the circumferential hoop action of the steel tube to the core concrete, the core concrete is placed in a three-way stress state.Thus, the compressive strength and compressive deformation ability of the core concrete are improved.At the same time, the core concrete delayed the appearance of local buckling on the steel pipe, made the steel tube performance fully play, and improved the bearing capacity and seismic performance of the members.The coal gangue concrete structure of steel tube is to replace the ordinary concrete in the steel tube with coal gangue concrete and fill it into the steel tube, which not only keeps the good seismic performance and high bearing capacity of ordinary concrete filled steel tube, but also has the advantages of light weight.The economic effect is good and so on.Using coal gangue instead of ordinary sand as lightweight aggregate can save non-renewable resources of sand and stone, control environmental pollution, and have good economic and social effects.At present, concrete filled steel tube (CFST) structures are widely used, but the research on Liang Zhu joints is not perfect and mature, and most of them focus on the research of concrete-filled steel tubular columns and steel beam joints.However, in China, the application of concrete-filled steel tubular column and concrete beam joint is more extensive, but the performance of concrete filled steel tube column is less studied.Therefore, this paper mainly studies the mechanical properties of two types of steel tube gangue concrete column and gangue concrete beam connection joint (steel bar through joint and ring beam joint).In this paper, by selecting reasonable constitutive relation of material and failure criterion, using proper contact model, boundary condition and loading mode, the connection joint model of coal-gangue concrete column and gangue concrete beam is established for finite element analysis by using ABAQUS software.With regard to the simulation of joints under monotone load, the mechanism of force transfer under monotone load, the development of stress distribution and failure modes are studied, and the load-displacement curve at the end of the joint is calculated.The results show that the connection joint of gangue concrete column and gangue concrete beam is of high bearing capacity, high stiffness and excellent performance.For the simulation of joints under reciprocating load, the experimental results and finite element results are compared and analyzed. It is shown that the load-displacement skeleton curve of beam end calculated by finite element method is in good agreement with the test curve.And the simulated joint failure is consistent with the test.The finite element model established in this paper can be used to analyze and study the mechanical properties of the connection joint of steel tube coal gangue concrete column and coal gangue concrete beam under reciprocating load.Then, the stress distribution and failure mode of the steel tube gangue concrete column and the gangue concrete beam under reciprocating load are further analyzed, and the load-displacement hysteretic curve and skeleton curve at the end of the joint are studied.The connection joint of gangue concrete column with gangue concrete beam has full hysteretic curve, good energy dissipation capacity and ductility.The effects of axial compression ratio, Liang Zhu stiffness ratio, steel content ratio and strength of coal gangue concrete on the mechanical properties of joints were studied by changing the parameters of different finite element models.At the same time, the influence of various parameters on load-displacement curve, stiffness degradation, strength degradation and so on is analyzed, and the seismic behavior of the connection joint of gangue concrete column and gangue concrete beam is deeply understood.
【学位授予单位】:沈阳建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TU398.9
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,本文编号:1757348
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