扁钢管混凝土柱—型钢梁节点优化设计及力学性能研究

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1、学校代码：10286分类号：TU398.9密级：公开UDC：624学号：150937扁钢管混凝土柱-型钢梁节点优化设计及力学性能研究研究生姓名：吴丹导师姓名：潘金龙教授申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称土木工程论文答辩日期2018年06月06日二级学科名称防灾减灾工程及防护工程学位授予日期20年月日答辩委员会主席陈忠范教授评阅人S005132-1S005132-22018年06月06日硕士学位论文扁钢管混凝土柱-型钢梁节点优化设计及力学性能研究专业名称：土木工程研究生姓名：吴丹导师姓名：潘金龙教授OPTIMIZATIONDESIGNANDMECHANICALBEHAVI

2、ORSOFCONCRETE-FILLEDFLATTUBULARCOLUMN-STEELBEAMJOINTAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWUDanSupervisedbyProf.PANJinlongSchoolofCivilEngineeringSoutheastUniversityNanjing,P.R.ChinaJune2018摘要扁钢管混凝土柱-型钢梁节点优化设计及力学性能研究摘要钢管混凝土结构以其优越的力学性能、经济性、建筑适用性在工程中得到了越来越广

3、泛的应用。扁钢管混凝土柱指柱截面长宽比介于2~4之间的一类柱，由于该类柱截面宽度一般仅200mm，与建筑设计墙体同宽，容易符合建筑平面要求，能够适应目前市场主流户型需求，可以做到室内不露柱，既美观大方又能方便用户使用，因此受到房地产开发商的青睐。但扁钢管混凝土柱最大的缺点是扁钢管对混凝土约束不足，柱弱轴方向抗侧刚度低。扁钢管混凝土柱截面长边方向与型钢梁相连时，柱钢管在梁端弯矩作用下易发生向外侧的屈曲变形。针对这种情况，本文提出了一种新型节点连接方式，具体工作如下：（1）本文结合国内外关于矩形钢管混凝土柱与型钢梁节点连接方式，提出了一种新的适用于扁钢管混凝土柱-型钢梁节点连接方案，由于节点

4、采用穿芯高强螺栓连接，可用于现场装配式安装。然后采用非线性有限元软件ABAQUS对提出的节点连接方式进行破坏机理研究分析和参数分析，模拟采用柱端加载方式。结果表明：扁钢管混凝土柱截面短边方向刚度足够大，梁仅焊接于柱上即能满足设计要求；以轴压比、混凝土强度、螺栓预紧力、外套板厚度、梁端板厚度、加劲肋厚度、柱钢管厚度为变化参数，分析了各参数对节点荷载位移曲线的影响，结果表明轴压比、梁端板厚度和加劲肋厚度对节点承载力影响较大；节点的受力性能与梁的布置位置有关，对于中节点，梁错位偏心布置时节点承载力最高，梁对称偏心布置次之，梁对称居中布置最差。（2）根据提出的节点连接方式，设计了5个节点试件，包

5、括3个中节点和2个边节点，详细地介绍了试件的制作过程和试验流程，并通过对5个试件进行低周反复荷载试验，对试件的破坏形态、滞回曲线、强度、刚度、延性、耗能和应变等抗震性能进行了分析和讨论。结果表明：试验构件为典型的“强节点弱构件”试件，在不断增大的柱端循环位移作用下，梁翼缘和腹板均发生明显屈曲变形，梁端形成塑性铰，表现出良好的承载力和延性。此外，梁的不同布置方式对承载力、延性和耗能能力影响较大，梁对称偏心布置时其承载力和延性明显高于梁对称居中布置，但后者耗能能力优于前者。（3）本文最后根据试验和模拟结果，对提出的梁柱节点形式进行了优化设计，对其力学性能进行了分析，进而对所提出的新型扁钢管混

6、凝土柱-型钢梁节点的施工工艺和设计方法提出了相应的建议。关键词：扁钢管混凝土柱；高强对拉螺栓；数值模拟；试验研究IAbstractOptimizationdesignandmechanicalbehaviorsofconcrete-filledflattubularcolumn-steelbeamjointAbstractConcrete-filledsteeltubularstructureshavebeenwidelyusedinbuildingconstructionbecauseoftheireccellentmechanicalbehavior.Thelength-widthr

7、atioofconcrete-filledflattubularcolumnsisbetween2~4,anditswidthisonly200mm,whichissameasthebuildingwall.Soitiseasytomeettherequirementsofthearchitecturalplaneaswellastheneedsofmainstreamhousehold.Inaddition,thiskindofc