部分包裹混凝土柱与型钢梁端板连接框架抗震性能研究

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1、分类号：TU3密级：公开UDC：学校代码：10127硕士学位论文论文题目：部分包裹混凝土柱与型钢梁端板连接框架抗震性能研究英文题目：StudyonSeismicPerformanceofPECColumnandSteelBeamFrameArticulatedbyEndPlate学位类别：工学硕士研究生姓名：狄昊学号：201202077学科(领域)名称：结构工程指导教师：赵根田职称：教授协助指导教师：职称：二○一五年五月十一日内蒙古科技大学硕士学位论文摘要部分包裹混凝土组合结构兼具钢结构和混凝土结构的优点，

2、在国外已有工程应用。端板连接框架属于典型的半刚性连接框架，国内外对钢结构端板连接框架已有较多研究，但对于部分包裹混凝土柱与型钢梁端板连接框架的相关研究资料较少，对其破坏模式及受力性能的了解不够清晰。故研究PEC柱与型钢梁端板连接框架在低周反复荷载作用下的破坏机理，具有十分重要的理论和工程意义。本次试验共设计了3榀框架试件，以端板厚度和柱翼缘厚度为参数，研究讨论了改变端板厚度和柱翼缘厚度对框架抗震性能的影响。通过试验现象发现，试件破坏模式有梁端翼缘屈曲，梁端翼缘与端板焊缝撕裂，梁端腹板撕裂以及柱脚翼缘屈曲；通

3、过数据分析，得到了试件的刚度退化、延性、极限承载力、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明：柱翼缘厚度从12mm增加到16mm，框架初始刚度和框架极限承载力明显增加，增加幅度分别为13%和50.77%；端板厚度从12mm增加到20mm，极限承载力和初始刚度增幅为2%和22.44%，延性系数增加14.77%。3榀框架试件的延性系数在4.4～5.1之间，说明PEC柱与型钢梁端板连接框架具有良好的抗震性能。在试验的基础上，采用ABAQUS有限元软件建模进行对比和拓展分析。对比结果表明模拟与试验所得数据较为吻合，破坏

4、形态基本一致；有限元拓展分析以梁翼缘厚度和轴压比为变化参数，对部分包裹混凝土柱与型钢梁端板连接框架的抗震性能进行了进一步研究。分析结果表明：端板厚度从8mm增加到12mm，极限承载力提高了4.23%，延性系数提高了17.14%；梁翼缘厚度从8mm增加到12mm，极限承载力提高了6.25%，延性降低了17.07%；框架试件轴压比从0.25增加到0.35，框架试件承载力提高，延性明显降低。故从经济性角度出发，该类框架柱翼缘厚度、端板厚度以及梁翼缘厚度最优耗能组合比为3:3:2。通过试验和有限元分析可知，框架均在

5、梁柱节点域产生破坏，故为了提高此类框架耗能能力，本文建议抗震设计时在端板与型钢梁焊接处安装加劲肋来提高此类框架的耗能能力。关键词：部分包裹混凝土柱；端板连接；框架；抗震性能；有限元分析*本课题为国家自然科学基金资助项目（51268042）I内蒙古科技大学硕士学位论文AbstractThemeritofpartiallyencasedconcretecompositecolumniscombinedbythatofsteelstructureandconcretestructure,andithasbeenu

6、sedforengineeringabroad.Framearticulatedbyendplatebelongtoclassicalsemi-rigidconnection,andtherearemanyresearchesonthesteelframearticulatedbyendplatebothathomeandabroad.However,thereisfewrelevantresearchdocumentationaboutPECcolumn-steelbeamframearticulated

7、byendplateandthefailuremodeandstructuralbehaviorabouttheframehavenotbeenstudiedverywell.IthasveryimportanttheoreticalandengineeringsignificancetostudythefailuremechanismofPECcolumn-steelbeamframearticulatedbyendplateunderlowfrequencycyclicloading.Threefram

8、especimensweredesignedtoexplorehowthechangingofthicknessofendplateandcolumnflangeinfluencedseismicbehavioroftheframe.Itwasfoundthatfailuremodecontainingbeamendflangebuckling,beamflangeandendplateweldingcrazin