主管灌混凝土的钢管结构K型搭接节点滞回性能研究

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钢管结构因其轻质高强、材料延性好及良好的滞回性能等特点,是最常采用的建筑结构形式之一。节点作为钢管结构的重要组成部分,同时也是结构耗能的关键部位,对节点性能的研究是钢管结构研究发展的基础。相对节点静力性能方面的研究,对钢管节点滞回性能的研究相对较少,尤其对钢管结构主管灌混凝土的加强节点滞回性能的研究处于起步阶段。基于此,本文对钢管结构主管灌混凝土的加强型K节点抗震破坏机理进行试验研究,共对6个钢管结构K型搭接节点试件开展拟静力试验,并通过有限元软件分析与拟静力试验数据进行比较分析。主要的研究工作如下:(1)加强型K型搭接节点的模型建立。通过试验前期的预分析,将焊缝模拟引入K节点的模型建立,对关键参数进行确定,分析节点的静力性能,确定试验节点试件的几何参数,为试件的试验加载做好准备工作。(2)加强型K节点的拟静力试验研究。设计了 6个钢管结构加强型K型搭接节点试件,在两支管端通过伺服作动器实现低周往复轴向荷载,考察节点的破坏机理。试验表明,未加强试件其主要破坏模式为主管管壁的塑性破坏,而通过主管灌混凝土加强的试件,其主要破坏模式为主管管壁的拉裂破坏并且伴随有受压支管的轻微屈曲。通过比较两者破坏模式,得出主管灌混凝土的加强方式,可以改变节点的破坏模式,抑制主管的塑性失效破坏,有效的提高节点承载力和承载效率。(3)主管灌混凝土的钢管结构K型搭接节点滞回性能量化评价。基于试验结果,通过对加强型K型搭接节点的滞回分析,表明未加强K型搭接节点和通过主管灌混凝土加强的K型搭接节点均具有较好的滞回性能,可以满足结构的抗震要求;主管内灌混凝土的加强方式在一定程度上限制了节点的塑性发展,降低了节点的延性和滞回性能,但提高了节点的刚度,可以有效增大试件的极限承载力。另外通过比较两种不同的加强方式,在滞回性能方面两者差别不大,表明采用粉煤灰混凝土可以很好的替代传统混凝土用于钢管结构局部加强。(4)加强型K型搭接节点有限元滞回性能分析。用有限元分析软件ANSYS对节点进行滞回性能模拟分析,通过有限元模拟结果与拟静力试验比较,得出节点破坏模式与试验结果相符,滞回曲线也与试验结果吻合,但是承载力偏大。说明可以采用有限元软件对节点试件进行参数分析。
其他文献
应力强度因子是描述裂纹尖端的奇异应力场的参数,人们曾经认为它是控制裂纹体断裂唯一的参数。进一步研究表明,裂纹尖端奇异应力场中的高阶项,尤其是第二个非奇异项T应力也是至关重要的。T应力是裂纹尖端特征级数展开式中的常数项,它存在于裂纹尖端,且平行于裂纹方向,T应力在裂缝尖端的应力场中的作用不可忽视。为了探究T应力对混凝土断裂韧度的影响,本文采用了两种实验室常用测定混凝土断裂特性的几何形式,即三点弯曲梁