钢管混凝土柱-钢梁穿心节点力学性能有限元分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文钢管混凝土柱-钢梁穿心节点力学性能有限元分析姓名：林明森申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：杨志勇20070501武汉理1人学硕十学{?，论文摘要钢管混凝土结构目前在高层结构中的应用越来越广，但是钢管混凝土柱与梁板的连接还存在着诸多问题，特刖是钢管混凝土柱与梁的连接节点成为了钢管混凝土结构研究的关键技术JuJ题之一。吲此，对钢管混凝土梁杜节点受力性能深入研究将有助于推动其工种设计和应用。钢管混凝土柱．钢梁穿心节点是规程中推荐的一种节点形式。虽然穿一IL,话点用钢量比较大，浇注管内混凝±也不太方便，制作也有一定

2、的困难。但它传力明确，受力安全可靠，在传递剪力时，大部分由穿心腹板传到核心混凝土，钢管上附加应力小，同时刚度较大。当钢管直径较大时，浇注混凝土就极为方便了。本文主要包括以下内容：1：介绍了非线性有限元法的基本理论，即非线性方程组的解法、非线性分析在ANSYS程序中的实现及ANSYS分析问题的基本过程，为钢管混凝土柱一钢梁节点的建模做了准备：2．利用大型通用有限元分析软件ANSYS9．0，在同时考虑几何非线性和材料非线性下选择合理的材料本构关系和破坏；'IVN基础卜，建立了穿心节点模型对比试验与有限元分析结果：3．在轴向荷载作用F，通过钢管

3、粱柱节点模型的节点荷载一位移曲线、节点各个部分应力分布云图、整体变形、局部变形的等值线图的有限元分析：①全面把握了穿心节点的受力性能，根据受力分析，钢管壁上与梁翼缘交界处侧面的主应力值较大，说明这个位置比钢管和梁端翼缘交界处更危险，需要把翼缘加宽或增加过渡板，减缓应力集中；②衙载挠度曲线揭示了穿心节点呈现出的半刚性特征，需要在框架分析中予以考虑。粱端挠度的分析也说明穿心节点若按刚度考虑与实际结构相差较大；③通过对仃限元分析结果和试验数据进行比较，晚明了所建立的有限元模型的适用性：④通过改变梁柱各要素尺寸进行有限元模型分析，研究了节点域各要

4、素对梁}{：连接性能的影响舰律，得出混凝土强度等级、梁翼缘厚度、梁腹扳厚度对节点刚度影响不大，粱柱线刚度比和转角没有直接的对应关系：而柱荷载、钢管直径、管譬厚度、轴压比、梁翼缘宽度，梁腹板宽度、梁截面高度等因素均为对节点刚度有较人影响。其中，梁截面高度的影响最大，其次是管壁厚及轴压比，最后是钢管卣径，管壁厚度、粱翼缘宽度、梁腹板宽度、柱荷载。因时间关系，本文只对节点在轴向荷载作用下的受力性能进行了有限元分析，对于其它受力状态下的分析还有待进一步的研究。关键词：钢管混凝土，穿心节点，有限元分析，力学性能武汉理工大学硕士学位论文ABSTRAC

5、TAtprescntconcretefiliedsteel．tubestmcture(cFsnhasbeenusedinmanyhi2hbuildings．ButtheCFSTcolumnconnectingbeamhavealotofquestionsandthefirstisoneofkeytechnicalproblemstoresearchCFST．Therefore．thedeepstudyonthedynamicbehaviorofthejointsabove．mentionedwillcontributetopromotin

6、gthestructuraldesignanden百neeringapplication．Concretefilledsteeltubescolumntosteelbeamisonekindofcolumnbeamiointwhichinthecriterionrecommends．Althoughputsonthepitchpointquitetobeuselargesteelquantity,pourtheconcretetotllbeisnotconvenient．themanufacturealsohasthecertaindif

7、ficulty,butitspowertransmissionisveryclearabout,whentransmissionsheafingfore,e,majorityofbyputsORtheheartwebplatetopasstothecore．concretc．onthesteelpipetheadditionalstresssmall，simultaneouslytherigidityisbigger．Whenthesteelpipediameterisbigger,theplacingconcreteextremelyf

8、acilitated．ThecontentsofthisarticleareasbelOW"First，itintroducesthesolutionsofnon．1ineafitysyste