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卷边钢板PEC柱(柱弱轴)-钢梁(截面削弱)端板连接组合框架抗震性能

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外关于PEC柱-钢梁组合框架相关研究

1.2.1 PEC柱国内外相关研究

1.2.2 端板预拉对穿螺栓半刚性连接节点国内外相关研究

1.2.3 梁端截面翼缘削弱型节点和组合框架国内外相关研究

1.3 本文的研究内容

1.4 本章小结

第二章 试验设计

2.1 试验概况

2.1.1 试验方法

2.1.2 试件设计

2.1.3 试件制作

2.1.4 试验设备与加载装置

2.1.5 试验加载方案

2.2 材料的力学性能

2.2.1 钢材

2.2.2 混凝土

2.3 试验测试设备的设计与布置

2.3.1 位移计的布置

2.3.2 应变片和应变花的布置

2.4 本章小结

第三章 试验现象及研究结果

3.1 试验过程与现象

3.2 试验结果

3.2.1 试件滞回性能

3.2.2 水平抗侧刚度退化

3.2.3 梁柱连接性能

3.2.4 节点分析

3.3 破坏模式

3.4 本章小结

第四章 有限元模型的建立与分析

4.1 引言

4.2 有限元模型

4.2.1 几何模型创建

4.2.2 材料本构

4.2.3 接触面处理措施

4.2.4 加载方案

4.3 模拟结果分析

4.3.1 试件滞回性能

4.3.2 水平抗侧刚度退化

4.3.3 梁柱连接性能

4.3.4 耗能性能

4.3.5 层间传力机理

4.3.6 试件破坏模式

4.4 模拟结果与试验结果对比分析

4.4.1 滞回曲线和骨架曲线的对比分析

4.4.2 刚度退化的对比分析

4.5 本章小结

第五章 有无轴向力有限元模型的对比分析

5.1 模拟分析对比

5.1.1 滞洄曲线及骨架曲线

5.1.2 节点滞回曲线及骨架线

5.1.3 峰值刚度退化

5.1.4 耗能能力

5.2 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 建议与展望

附录

参考文献

致谢

作者简历

攻读硕士学位期间主要参与的科研项目

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

框架结构作为目前结构工程中采用最多的一种结构体系,经过合理的设计,可较好满足“强柱弱梁、强剪弱弯和强节点”抗震设计原则。而钢-混凝土组合结构集混凝土结构和钢结构各自优点,且钢与混凝土间组合效应在一定程度上改善了钢结构稳定性能和提高了混凝土的约束作用。对于本文研究的PEC柱是新近发展起来的一种新型组合构件,如今,对PEC柱的相关研究主要集中在构件、节点连接和层间子结构抗震方面,而对结构整体层面上的研究成果较少。为此,为了充实PEC柱在整个结构体系应用中的抗震性能,同时为体现PEC柱的“双向等刚度”特性,本文选择1榀端板预拉对穿螺栓连接的卷边钢板PEC柱(弱轴)-钢梁(梁端削弱截面)组合框架结构底部两层单跨试验试件作为研究对象,对其的抗震性能进行研究,为后期PEC柱在实际工程中的应用提供充分的理论基础。
  对于该试验,考虑学校试验室加载设备的加载能力,按照1∶2缩尺制作试件进行水平低周往复荷载滞洄性能的拟静力试验,得到相关研究成果。同时利用ABAQUS对其进行水平循环荷载下抗震性能的模拟分析,揭示其抗震机理,并将模拟与试验的结果进行相应的对比,以验证有限元模拟的可行性。并考虑实际工程情况中轴力对组合框架结构的影响,从而利用有限元软件模拟分析轴向力对组合框架结构的影响,得到与实际工程最相符合的模型的抗震性能。
  研究结果表明:试件承载能力高、抗侧刚度大,且试验试件的上下层的刚度差异受加载进程中结构损伤的影响,使得加载到后期,试件上下层刚度差异逐渐减小,最终趋于等刚度分配;试件结构的层间剪力几乎由两根柱子均分,且试件层间侧移主要由试件的剪切变形提供,表现了试件的剪切型变形模式;试件主要通过梁端削弱截面屈服和PEC柱脚混凝土压溃与钢构架屈服耗能,但四个节点的耗能占总体耗能的比重偏多,且上下层耗能分布近似均匀;采用端板预拉对穿螺栓连接和梁端削弱截面,较好改善了节点的转动能力和抗震耗能需求;试件最终破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱底部钢构架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,试件的的抗震延性,可以从试件的节点转角以及层间侧移充分体现出来,均超过框架结构在大震作用下的层间侧移角限值;通过轴向力模拟分析研究,试件施加轴向力所产生的二阶效应,加快了试件的屈服进程,使得试件的屈服耗能更加充分。

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