端板螺栓連接鋼—混凝土組合節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)及力學(xué)性能研究.pdf

1、綜合型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)后，將鋼骨置入圓(方)鋼管中，然后澆注素混凝土，形成一種新型的組合柱形式——鋼骨-圓(方)鋼管混凝土柱。目前對此種組合柱的力學(xué)性能有了較為深入的研究，然而對其節(jié)點(diǎn)的研究卻相對滯后很多。鑒于此，本文借鑒鋼結(jié)構(gòu)中常用的端板螺栓節(jié)點(diǎn)，將其引入組合結(jié)構(gòu)中，用貫穿柱身的雙頭等長高強(qiáng)度螺栓將端板與鋼骨-方鋼管混凝土柱連接在一起，鋼梁焊接在端板上，從而形成一種新型的組合節(jié)點(diǎn)形式。本文在總結(jié)傳統(tǒng)鋼-混凝土組合節(jié)點(diǎn)

2、的基礎(chǔ)上，對此種新型節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能進(jìn)行了較為深入的試驗(yàn)與理論研究并提出了其設(shè)計(jì)方法。主要研究內(nèi)容如下：
　　 (1)設(shè)計(jì)并進(jìn)行了7個(gè)鋼骨-方鋼管混凝土柱-鋼梁端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)研究。研究了這種新型節(jié)點(diǎn)在梁端低周反復(fù)荷載作用下的宏觀變形特征、破壞機(jī)理、破壞模式以及延性、強(qiáng)度退化、剛度退化和耗能能力等抗震性能指標(biāo)，同時(shí)較為系統(tǒng)地研究了軸壓比、端板厚度、螺栓直徑、混凝土強(qiáng)度對組合節(jié)點(diǎn)受力性能的影響規(guī)律，并建立了鋼骨-方鋼管混

3、凝土柱-鋼梁端板螺栓節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)力模型，為結(jié)構(gòu)的彈塑性時(shí)程分析提供了依據(jù)。
　　 (2)運(yùn)用ANSYS對試驗(yàn)中的7個(gè)試件進(jìn)行了全過程有限元分析，分析中考慮了幾何非線性、材料非線性和狀態(tài)非線性等復(fù)雜非線性問題。通過與試驗(yàn)結(jié)果的對比，驗(yàn)證了有限元方法分析端板螺栓連接組合節(jié)點(diǎn)的可靠性。經(jīng)過計(jì)算分析得到了節(jié)點(diǎn)域核心混凝土受力特點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)主應(yīng)力流的大小及分布、端板與柱翼緣之間接觸壓應(yīng)力分布特征等，彌補(bǔ)了試驗(yàn)測試的局限性，從而獲得對此類新型節(jié)點(diǎn)

4、受力特性更準(zhǔn)確、更全面的認(rèn)識。
　　 (3)對鋼骨-方鋼管混凝土柱-鋼梁端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受力機(jī)理進(jìn)行了分析，建立了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的受力模型和屈服機(jī)制，推導(dǎo)了節(jié)點(diǎn)域的抗剪承載力計(jì)算公式，并根據(jù)剪切變形協(xié)調(diào)條件得到了節(jié)點(diǎn)域剪力-剪切變形骨架曲線，為此類節(jié)點(diǎn)的工程設(shè)計(jì)提供了簡化計(jì)算方法。
　　 (4)考慮了螺栓預(yù)拉力作用下板件對螺栓變形的影響，將高強(qiáng)螺栓和受壓板件簡化為一“栓板單元”，推導(dǎo)得到了栓板單元的剛度計(jì)算表達(dá)式，并

5、根據(jù)螺栓在各個(gè)階段的受力特征，計(jì)算得到了螺栓的承載力及變形，建立了節(jié)點(diǎn)彎矩－螺栓伸長轉(zhuǎn)角曲線。
　　 (5)基于屈服線理論和薄板理論分別計(jì)算了端板在不同支撐條件下的承載力和初始剛度，并提出了端板全過程受力特性的理論分析方法。
　　 (6)基于疊加原理提出了一種鋼骨-方鋼管混凝土柱-鋼梁端板螺栓連接節(jié)點(diǎn)全過程受力特性的理論分析方法，直接由節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造尺寸和材料力學(xué)性能便可進(jìn)行計(jì)算分析，避免了復(fù)雜的有限元分析計(jì)算和試驗(yàn)研究，理

6、論得到的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。如在實(shí)際框架結(jié)構(gòu)的彈塑性計(jì)算分析中，將本文提出的彎矩-轉(zhuǎn)角模型應(yīng)用到結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型中，能更好地了解節(jié)點(diǎn)受力性能對結(jié)構(gòu)整體的影響，從而為今后的科學(xué)理論研究和工程實(shí)踐提供參考。
　　 (7)在總結(jié)試驗(yàn)研究結(jié)果、有限元和理論分析成果的基礎(chǔ)上，同時(shí)結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究成果和規(guī)范，針對鋼骨-方鋼管混凝土柱-鋼梁端板螺栓節(jié)點(diǎn)提出了較為系統(tǒng)的靜力和抗震設(shè)計(jì)方法，為我國鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用提供了有