钢管混凝土柱-冷成型钢梁连接节点力学性能研究

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为了研究钢管混凝土柱-冷成型钢梁连接节点的力学性能,本文考虑组合楼板的影响,建立该节点的有限元分析模型并对其力学性能进行分析。主要内容与结论如下:1.利用ABAQUS有限元软件建立钢管混凝土柱-冷成型钢梁连接节点的精细化有限元分析模型。文中详细介绍了此类节点的建模方法,并将有限元结果与已有试验结果进行对比。结果表明:(1)2个节点模型的力-位移骨架曲线与试验结果基本一致。(2)模拟得到的2个节点的极限抗弯承载力与试验结果的相对误差分别为0.69%和2.17%,对应位移的相对误差分别为0.03%和0.15%,验证了本文有限元建模方法的正确性。2.在钢管混凝土柱-冷成型钢梁连接节点的力学性能有限元分析结果得到试验数据充分验证的基础上,建立考虑梁柱截面、加载制度及楼板厚度等因素的节点有限元模型,对其力学性能进行参数分析,并提出其力-位移理论计算公式。结果表明:(1)梁截面尺寸对节点的力学性能影响显著。当梁截面由U190型变为U140型,节点的极限抗弯能力、变形能力和初始转动刚度平均下降52.14%、44.47%和33.47%。(2)节点的力学性能随循环次数的增加而明显下降。当每级循环次数由3圈增加为9圈,节点的极限抗弯能力、变形能力和耗能能力平均下降16.48%、48.26%和52.98%。(3)增加楼板厚度可有效提高节点的力学性能。当楼板厚度由50mm增大为100mm时,节点的极限抗弯能力、变形能力和初始转动刚度平均提高25.65%、12.17%和43.97%。由理论公式计算得到的节点极限抗弯承载力与模拟结果的相对误差分别为2.75%和1.74%。3.利用OpenSees分析软件建立能准确描述钢管混凝土柱-冷成型钢梁连接节点力学性能的简化分析模型;在此基础上,建立梁柱节点理想铰接(模型1)和梁柱节点非线性连接(模型2)两种结构分析模型,并计算两种模型在60条不同持时地震动作用下的地震响应。结果表明:(1)长持时地震动对两种结构模型地震响应的影响更大。长持时地震动作用下两种结构在开洞率较大和较小方向的最大层间位移角平均是短持时地震动作用下计算结果的6倍和2倍;抗剪墙体的屈服数量平均是短持时地震动作用下计算结果的2倍。(2)节点的力学性能对整体结构模型的地震响应计算结果影响显著。与模型1相比,考虑节点真实连接特性后,模型2在长持时地震动作用下沿开洞率较大和较小方向的最大层间位移角平均下降30%和85%;抗剪墙体的屈服数量平均下降70%。
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