【摘 要】
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随着建筑结构的不断发展,钢管混凝土结构承载力高和构件截面尺寸小等优势进一步突出,其中钢管混凝土梁柱节点更是钢管混凝土结构的重要组成部分。本文基于实际工程需要,提出一种新型的牛腿不穿心钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点,并设计相关试验以研究新型节点的力学性能。利用有限元分析软件ABAQUS对试验加载全过程进行模拟,在有限元模型的准确性得到验证后,进一步探讨不同设计参数对节点力学性能的影响。本文的研究成果
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随着建筑结构的不断发展,钢管混凝土结构承载力高和构件截面尺寸小等优势进一步突出,其中钢管混凝土梁柱节点更是钢管混凝土结构的重要组成部分。本文基于实际工程需要,提出一种新型的牛腿不穿心钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁节点,并设计相关试验以研究新型节点的力学性能。利用有限元分析软件ABAQUS对试验加载全过程进行模拟,在有限元模型的准确性得到验证后,进一步探讨不同设计参数对节点力学性能的影响。本文的研究成果对于钢管混凝土柱节点力学性能研究有一定学术价值,同时也为工程实践提供了理论依据和设计参考。本文主要完成了以下几个方面的工作:(1)设计了2个新型节点试件,分别进行梁端单调加载试验和梁端低周反复加载试验,从试件的破坏形态、裂缝分布、荷载-位移曲线、钢筋和钢材的应变情况等方面对试验结果进行分析讨论。试验结果表明:新型节点通过型钢牛腿将梁端荷载可靠地传递至钢管混凝土柱节点,牛腿悬臂端的钢筋混凝土梁截面发生受弯破坏,节点承载力满足要求,说明合理设计可以满足“强柱弱梁,节点更强”的抗震设计原则;新型节点在低周反复作用下强度和刚度退化不显著,力学性能稳定;新型节点纵筋锚固形式可以有效抵抗钢筋滑移,保证钢筋、混凝土与型钢牛腿的协同作用。(2)利用有限元分析软件ABAQUS对试验加载全过程进行模拟,有限元结果与试验结果基本一致,进一步揭示新型节点的受力机理。在此基础上进行参数化分析,选取型钢牛腿长度、翼缘板厚度和水平环板宽度等11个设计参数进行研究,结果表明:增大型钢牛腿长度能有效提高节点的刚度和承载力;增大牛腿翼缘厚度可以一定程度提高节点刚度和承载力,但提升幅度随厚度增大而减小;增大水平环板宽度可以提高节点的刚度和承载力,降低钢管、水平环板和翼缘板连接处的应力水平;新型节点受轴压比、钢管混凝土强度和钢管厚度等参数影响较小,设计时应注意经济性和安全性的平衡。(3)结合试验和有限元结果,明晰新型节点的工作机理,提出梁端和牛腿悬臂端弯矩的计算公式,提出新型节点分段式设计方法,并就型钢牛腿长度、水平环板宽度、纵筋锚固和箍筋加密等方面提出可行的设计和施工建议。
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