钢骨—钢管混凝土组合重载柱节点抗震性能研究
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摘要
随着钢管混凝土理论的日益完善和工程上的广泛应用,钢管混凝土柱与梁的连接节点成为钢管混凝土结构研究和推广的关键技术问题之一。本文研究的新型组合柱,即钢骨—钢管混凝土组合重载柱,不但具有很高的承载力(特别适用于30000kN以上轴力的柱子),而且具有很高的延性。重载柱的节点设计可以有效提高结构整体防倒塌能力,对于城市防震减灾具有重要的意义。本文结合国家自然科学基金项目《钢—混凝土组合重载柱节点设计方法及抗震性能试验研究》(50378010),通过试验研究和理论分析,主要开展了以下几方面的工作：
1、对新型重载柱节点设计方法进行了探索。本文在前人研究的基础上,结合新型重载柱的特点,提出了六种钢骨-钢管混凝土组合重载柱的节点形式。
2、制作了32个节点试件模型,包括重载柱与钢梁的连接,重载柱与钢筋混凝土梁的连接,并对全部节点试件进行了抗震试验研究。由试验结果得到了节点核心区、钢梁和混凝土梁上纵筋的应力应变发展规律,得到了节点试件在低周反复荷载作用下的破坏形态、滞回曲线和位移延性系数等指标,对节点的抗震性能作了探索。试验结果表明,新型重载柱节点具有较高的抗剪承载力和良好的抗震性能。
3、抗剪承载力计算。在理论分析和试验研究基础上,推导了重载柱节点核心区的抗剪承载力计算公式。
4、有限元分析。建立了重载柱节点的有限元分析模型,并与试验结果进行比较。有限元分析结果也表明,该种节点具有良好的抗震性能。
5、根据试验研究提出了钢-混凝土组合重载柱节点抗震设计要点和合理的设计建议、节点构造建议,以供工程实践参考。
With the perfection day by day of the concrete-filled steel tube theory and the wide application in engineering, the joint between the column of concrete-filled steel tubes and the beams has become one of the key technology problems of studying in the structure of concrete-filled steel tubes. The new type of composite column, which is studied in this thesis, is heavy-load steel tubular column filled with steel-reinforced concrete. This type of composite column has both very high bearing capacity (especially suitable to the columns with axial force, which is greater than 30000kN) and very high ductility. The joint design of heavy-load column is very important to prevent the collapse of buildings, and will play a significant role in resisting earthquakes and reducing disaster in city. According to the project of National Natural Science Foundation named "the design methods and aseismatic performance of joints of heavy-load steel-concrete composite columns"(No.50378010), investigations are carried out as follows:
1. The design method of the new type heavy-load column is studied firstly. Based on the investigationg of research and application of joints and the character of the new type heavy-load columns, six joint forms of the new type of columns are given in this paper.
2. Thirty-two joints, including the joints between the heavy-load columns and steel beams,and the joints between the heavy-load columns and reinforced concrete beams,have been designed and made for researched in the experiment. The dynamic behavior of these joints under low frequency cyclic loading is investigated. In term of the data obtained from the experiment, the index of seismic behavior to the joints are achieved, such as proportional coefficient on energy consuming and the coefficient of the ductility on displacement. By means of analyzing the index, we can know the properties of these new types of joints of steel-concrete composite columns.The test results show that these beam-column joints can provide very high shear strength and excellent quake-resist property.
3. The calculation of shear strength of the joints. Based on the theoretical and experiment analysis, the shear formula of the connection core area is derived.
4. In order to know the service behavior and bearing capability of this new type of joints entirely, it's necessary not only to analyze the data of experiment but also to make use of software ANSYS doing the finite element analysis on the structure of joint. In this paper, the finite element analysis results will be compared with the data of experiment. And the comparison show that the finite element model could be used to analyse this type of joint because of their good results.
5. Base on the result of the reseach, the design suggestion and the mode of construcions of the joints are given in the paper. Through analysing these results of the test, the conclusion drawn from this paper can be used as a reference for engineering practice.
1、对新型重载柱节点设计方法进行了探索。本文在前人研究的基础上,结合新型重载柱的特点,提出了六种钢骨-钢管混凝土组合重载柱的节点形式。
2、制作了32个节点试件模型,包括重载柱与钢梁的连接,重载柱与钢筋混凝土梁的连接,并对全部节点试件进行了抗震试验研究。由试验结果得到了节点核心区、钢梁和混凝土梁上纵筋的应力应变发展规律,得到了节点试件在低周反复荷载作用下的破坏形态、滞回曲线和位移延性系数等指标,对节点的抗震性能作了探索。试验结果表明,新型重载柱节点具有较高的抗剪承载力和良好的抗震性能。
3、抗剪承载力计算。在理论分析和试验研究基础上,推导了重载柱节点核心区的抗剪承载力计算公式。
4、有限元分析。建立了重载柱节点的有限元分析模型,并与试验结果进行比较。有限元分析结果也表明,该种节点具有良好的抗震性能。
5、根据试验研究提出了钢-混凝土组合重载柱节点抗震设计要点和合理的设计建议、节点构造建议,以供工程实践参考。
With the perfection day by day of the concrete-filled steel tube theory and the wide application in engineering, the joint between the column of concrete-filled steel tubes and the beams has become one of the key technology problems of studying in the structure of concrete-filled steel tubes. The new type of composite column, which is studied in this thesis, is heavy-load steel tubular column filled with steel-reinforced concrete. This type of composite column has both very high bearing capacity (especially suitable to the columns with axial force, which is greater than 30000kN) and very high ductility. The joint design of heavy-load column is very important to prevent the collapse of buildings, and will play a significant role in resisting earthquakes and reducing disaster in city. According to the project of National Natural Science Foundation named "the design methods and aseismatic performance of joints of heavy-load steel-concrete composite columns"(No.50378010), investigations are carried out as follows:
1. The design method of the new type heavy-load column is studied firstly. Based on the investigationg of research and application of joints and the character of the new type heavy-load columns, six joint forms of the new type of columns are given in this paper.
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4. In order to know the service behavior and bearing capability of this new type of joints entirely, it's necessary not only to analyze the data of experiment but also to make use of software ANSYS doing the finite element analysis on the structure of joint. In this paper, the finite element analysis results will be compared with the data of experiment. And the comparison show that the finite element model could be used to analyse this type of joint because of their good results.
5. Base on the result of the reseach, the design suggestion and the mode of construcions of the joints are given in the paper. Through analysing these results of the test, the conclusion drawn from this paper can be used as a reference for engineering practice.
引文
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