单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的抗震试验与理论研究

作     者：彭嘯 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王静峰

授予年度：2017年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：单边螺栓 半刚性 钢管混凝土框架 抗震性能 多尺度分析 

摘      要：单边螺栓端板连接钢管混凝土框架是由方或圆钢管混凝土柱组成,与钢梁通过端板连接形成的一种组合结构,具有抗震性能好、连接方便、承载力高等优势,多次试验证明单边螺栓端板连接节点具有典型的半刚性特征,可应用于多高层住宅和大跨度建筑领域。目前国内外对刚性连接的钢管混凝土框架进行了大量的试验研究,但对半刚性连接的钢管混凝土框架的研究仍较少见,本文通过对单边螺栓端板连接钢管混凝土框架进行拟动力试验和非线性动力时程分析,分析了此类新型框架的抗震性能和在地震作用下的动力响应,考察了多尺度模型对计算结果和效率的影响。主要研究工作如下:(1)开展了2榀单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的拟动力试验,评价了此类新型组合结构在El-Centro地震波作用下的动力响应,分析了其滞回性能、延性、动力放大系数和耗能等抗震性能指标。并讨论在柱截面宽度和含钢率相同的条件下,柱截面形式对半刚性钢管混凝土框架承载力和刚度的影响。(2)采用OpenSees有限元软件建立2榀两层单跨单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的有限元模型,模型考虑了材料非线性和几何非线性,将节点简化为本文提出的弯矩转角简化计算模型,梁柱节点域采用一种非线性弹簧模型来进行模拟,获得了框架的层间位移时程曲线和水平荷载(P)-水平位移(Δ)关系曲线,与试验结果进行对比,验证其准确性。(3)基于OpenSees程序建立单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的理论分析计算模型,应用试验验证计算模型的合理性和准确性,分析不同参数与框架滞回性能的关系。对1榀十层平面框架进行了多遇和罕遇地震的弹塑性时程分析,研究了节点刚度对框架抗震性能的影响。(4)利用ABAQUS软件建立了单边螺栓端板连接钢管混凝土框架的多尺度模型,节点连接处使用实体单元建模,梁柱采用梁单元,混凝土本构模型选择清PQ-fiber子程序。与采用实体单元和杆件单元的计算模型的模拟结果相比,分析了多尺度模型对计算效率的提高。