外加强环节点静力拉伸力学性能研究

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1、外加强环节点静力拉伸力学性能研究ResearchonMechanicalBehavioroftheConnectionwithExternalStiffeningRingunderthestatictensionload学科专业：土木工程研究生：尤光朝指导教师：荣彬副教授天津大学建筑工程学院二零一七年十一月摘要《方钢管混凝土结构技术规程》CECS159:2004将外加强环节点、内隔板节点和隔板贯通节点作为方钢管混凝土柱与钢梁连接的节点三种推荐形式。目前国内外学者已经对内隔板节点和隔板贯通节点的力学性能和设计方法等方

2、面进行了大量的研究，《矩形钢管混凝土结构技术规程》也明确给出了内隔板节点的抗弯和抗剪承载力设计公式。国内外学者虽对外加强环节点展开了研究工作，并取得了一些成果。但对于外加强环节点的抗弯承载力计算，还没有一个统一、明确的计算模型，现有的理论计算结果与试验结果误差较大。承载力设计方法的滞后严重制约着外加强环节点在实际工程中的应用。本文在总结国内外梁柱连接节点研究现状的基础上，结合国内外丰富的研究经验，明确了目前外加强环节点研究中仍存在的问题，并针对问题展开研究。为研究方钢管柱-H型钢梁外加强环节点抗弯力学性能，对4个空

3、钢管柱外加强环节点和4个钢管混凝土柱外加强环节点进行了静力拉伸试验，分析了节点的破坏模式和传力机制。通过测量柱翼缘和腹板以及外加强环板在加载过程中应变分布及变化情况，分析了外加强环节点核心区的应力传递机制。对钢管混凝土柱外加强环节点进行切割观察，研究了钢管核心区混凝土的破坏机制。运用有限元软件ANSYS对试验节点进行了非线性有限元分析，验证有限元模拟外加强环节点静力拉伸试验的可行性。并对外加强环节点进行了参数化分析，研究了外加强环板尺寸、方钢管壁厚等参数对节点受力性能的影响。在试验研究结果的基础上，根据有限元分析得

4、到的节点应力分布云图，对拉伸作用下外加强环节点的传力机制及屈服机制进行了分析。分别提出了针对空钢管柱外加强环节点和钢管混凝土柱外加强环节点的静力拉伸承载力计算方法，并对其准确性以及适用性进行了验证，结果表明：空钢管外柱加强环节点和钢管混凝土柱外加强环节点的静力拉伸理论计算值与试验值均吻合较好，能满足工程精度要求，可以为外加强环节点的设计提供参考。关键词：方钢管混凝土柱，外加强环节点，试验研究，有限元分析，屈服线，承载力，计算方法IABSTRACTConnectionwithexternalstiffeningrin

5、g；Diaphragm-throughconnectionandInnerdiaphragmconnectionbetweenCFSTcolumnandsteelbeamhasbeenrecommendedintechnicalspecificationforstructureswithconcrete-filledrectangularsteeltubemembers(CECS159:2004).Atpresent,domesticandforeignscholarshavedonealotofresearcho

6、nthemechanicalpropertiesanddesignmethodsofthediaphragm-throughconnectionandinnerdiaphragmconnection.Thedesignformulasfortheflexuralandshearbearingcapacityofthediaphragm-throughconnectionandinnerdiaphragmconnectionhavebeengivenintechnicalspecificationforstructu

7、reswithconcrete-filledrectangularsteeltubemembers(CECS159:2004).Althoughsomeresearchworkhasbeencarriedoutbydomesticandforeignscholarsandsomeachievementshavebeenmade,thereisnounifiedanddefinitecalculationmodelforthecalculationofthebendingcapacityofconnectionwit

8、hexternalstiffeningring,andtheerrorbetweentheexistingtheoreticalresultsandtheexperimentalresultsisquitelarge.Thelagofthedesignmethodofbearingcapacityseriouslyrestrictstheapplicatio