内置CFRP圆管方钢管高强混凝土节点受力性能有限元分析

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近年来,随着钢管混凝土理论研究的成熟,其在工程领域已被较为广泛地应用。这其中,钢管混凝土结构具有强度高、延性好、耐火强、抗震性能优越等特点,尤其方管混凝土结构的节点相对于圆钢管混凝土结构具有构造简单,施工方便的优点,因而使得方钢管混凝土构件的研究被广泛重视,并且在高层建筑中得到了越来越多的应用。对于方钢管混凝土节点的研究,目前主要集中在普通钢管混凝土的研究上,用高强混凝土代替普通混凝土解决胖柱现象的理论研究还不多,尤其是通过内置CFRP圆管解决了方钢管对角部混凝土约束不足问题的研究还较少。论文主要研究往复荷载作用下内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土节点的力学性能,通过有限元模拟分析的方法,对该节点的抗震性能和滞回性能进行了较为系统的分析。论文利用有限元分析软件ABAQUS对单调荷载和往复荷载作用下方钢管高强混凝土节点和内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土节点的力学性能进行了分析和研究。论文对模型的建立方法和材料本构关系的选取进行了探讨,对节点受力全过程,方钢管、工字钢梁、核心高强混凝土、CFRP圆管的应力分布以及破坏形态进行了研究,选取了合适的单元类型、材料模型和失效准则,采用试验实测的材料参数,通过合理的建模、合理的参数设置、有效的网格划分,给出了方钢管高强混凝土—工字钢梁节点,内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土—工字钢梁节点在单调荷载作用下的荷载位移曲线,在低周往复荷载作用下的滞回关系曲线,以及骨架曲线。系统的分析了轴压比、含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度、CFRP配置率、外环板尺寸等参数对骨架曲线的影响规律。较为深入的认识了内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土—工字钢梁节点的力学性能。结果表明,论文所选用的材料本构关系模型、建立的有限元分析模型、数值分析方法是可行的。模拟分析所得的滞回曲线较为饱满、呈纺锤形、无明显的下降段。通过分析,可知内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土节点抗震性能与普通混凝土的相似,均满足结构抗震要求。最后,利用数值分析方法,对比分析内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土节点与普通方钢管高强混凝土节点在往复荷载作用下的工作机理,可以为今后的理论研究和设计提供一定的参考作用。
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