加肋型方套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点拟静力性能研究

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中空夹层钢管混凝土是将两个不同大小的钢管同心放置形成空腔,再向空腔中灌入混凝土而形成。其具有承载力高、塑性韧性好、施工方便,还具有截面开展大、自重轻、耐火性优和抗震性能好等优点。以往研究者多集中于研究中空夹层钢管混凝土构件,而对于由中空夹层钢管混凝土形成的框架节点的研究较少。在地震作用下,尤其是结构进入弹塑性阶段之后,节点对结构的整体性和稳定性起关键性作用,目前,钢管混凝土与钢梁的节点由于施工周期短、可装配化和良好的抗震性能等优点被广泛应用于工程实践,鉴于此,本文对中空夹层钢管混凝土柱与钢梁的节点进行研究,为了避免内管与梁连接的加工的麻烦,并确保力的顺利传递,在节点域采用了内钢管加肋的方法来改善节点力学性能,本文通过有限元软件ABAQUS对此类节点进行了建模分析,研究了加劲肋为节点带来的力学性能的影响规律,并对加肋型节点类型在刚度上进行了判断,本文研究的主要内容如下:(1)有限元模型的确定。通过他人的试验结果与本文采用的有限元分析方法计算结果进行了对比。结果表明本文的模拟结果与试验结果吻合较好,验证了本文采用的有限元建模方法的可靠性。(2)试件设计及有限元模拟。根据抗震设计要求,设计了在不同加劲肋长度下的有限元模型,对无肋及不同加肋长度的试件进行了在低周往复荷载作用下的抗震性能分析,结果表明对内钢管进行加肋能够明显地增加节点的抗震力学性能,并将节点在单调荷载作用下的荷载-位移曲线与滞回曲线的骨架曲线进行对比,结果表明,两者基本重合,说明在分析时可以采用单调荷载来替代。(3)加劲肋的影响分析。分别对节点在加劲肋长度和宽度两种参数下的力学性能进行了研究。结果表明:当加劲肋长度系数β<0.75时,节点承载力随加劲肋长度的增加而增加,当β>0.75时便不再增加。位移延性系数和位移角延性系数在β<1时,随着加劲肋长度的增加呈现逐渐增加的趋势;当β=0.5~1之间时,延性系数的增幅越来越小;当β>1时,位移延性系数和位移角延性系数有降低的趋势。节点的抗弯能力和抗剪能力随着加劲肋长度的增加而增加。当加劲肋的宽度系数k<0.5时,节点的延性系数随着加劲肋宽度的增加而增大,当k=0.17~0.5时,延性系数的增幅越来越小;当k>0.5之后位移延性系数出现降低。加劲肋宽度越大节点的抗弯和抗剪能力越好。(4)其他参数影响分析。选择了加劲肋长度系数(β=1)和宽度系数(k=0.5)作为基本参数,通过改变轴压比、空心率、钢梁强度、内钢管强度、外钢管强度、混凝土强度,分析这些参数对加肋型方套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点力学性能的影响。(5)受力机理分析和刚度类型判断。选取典型试件分析加肋型方套圆中空夹层钢管混凝土柱-钢梁节点的受力机理,并得出加劲肋长度和宽度对此类节点受力机理的影响。分析和判断此类节点的刚度类型,提出了节点抗弯刚度的简化计算公式,计算结果与数值计算结果吻合较好。
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