矩形钢管混凝土柱-H型钢梁外加强环节点核心区抗剪性能研究

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1、矩形钢管混凝土柱-H型钢梁外加强环节点核心区抗剪性能研究ResearchonShearBehaviorofExterior-diaphragmConnectionbetweenConcrete-FilledRectangularTubularColumnandH-shapedSteelBeam学科专业：土木工程作者姓名：冯昌喜指导教师：荣彬副教授天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要矩形钢管混凝土柱-H型钢梁外加强环节点是我国《矩形钢管混凝土结构技术规程》推荐的一种节点形式，已经被广泛地应用于实际工程中。目前的试验研究中节点的破坏形式大多为梁端塑性铰破坏或者构造破坏，仅有少量

2、试验研究的破坏形式是核心区剪切破坏。本文在查阅大量国内外相关文献的基础上，总结了国内外钢管混凝土柱外加强环节点的研究现状，明确了目前关于外加强环节点存在的问题，通过试验研究和理论分析，对外加强环节点在核心区剪切破坏模式下的抗剪性能进行了研究。设计并完成了4个矩形钢管混凝土柱-H型钢梁外加强环节点试件的低周反复荷载试验。根据试验现象介绍了各试件的破坏特征；分析了核心区钢管厚度、环板宽度和轴压比对节点承载力的影响；根据试验采集的荷载-位移曲线，对节点的抗震性能进行了分析；通过节点核心区混凝土剖切试验，明确了节点发生核心区剪切破坏时混凝土斜压杆的受压区宽度。分析了外加强环节点在梁端竖

3、向荷载作用下的受力机理，总结了现有的梁柱节点抗剪承载力计算方法，并阐述了其优缺点和适用性。在试验研究的基础上，建立了节点核心区抗剪模型，基于变形协调及叠加原理，提出了核心区钢管腹板、核心区钢管翼缘、外环板及核心区混凝土四部分协同受力的外加强环节点抗剪承载力计算方法。结合试验研究和有限元分析，考察了节点的变形机制，建立了外加强环节点核心区转角模型，提出了核心区弹性转动刚度计算方法。本文提出的矩形钢管混凝土柱-H型钢梁外加强环节点的抗剪承载力及弹性转动刚度计算方法可以为外加强环节点的设计提供参考。关键词：矩形钢管混凝土柱，外加强环节点，试验研究，剪切破坏，抗剪承载力计算方法，有限元

4、分析，弹性转动刚度计算方法IIIABSTRACTExterior-diaphragmconnectionbetweenConcrete-FilledRectangularTubular(CFRT)ColumnandH-shapedSteelBeamhasbeenrecommendedintechnicalspecificationforstructureswithconcrete-filledrectangularsteeltubemembersandhasbeenwidelyusedinpracticalengineering.Thefailuremodeofmostrele

5、vantresearchesisplastichingesonthebeamendsorfailureofweld,whilethereisonlyafewofexperimentalstudyofshearfailuremodeinthepanelzone.Thispapersummarizestheresearchstatusoftheexterior-diaphragmconnectionathomeandabroad,andclarifiestheexistingproblemsabouttheexterior-diaphragmconnection.Acombinat

6、ionofexperimentalandtheoreticalanalysishasbeenusedtostudytheshearbehaviorofthepanelzoneoftheconnectioninshearfailuremode.Fourexterior-diaphragmconnectionsarestudiedbylowfrequencycyclicloadingtest.Accordingtothetestresults,thefailurecharacteristicsofeachspecimenareintroduced.Theinfluenceofthe

7、thicknessofthesteeltubeofthepanelzone,thewidthoftheexternalstiffeningringandtheaxialcompressionratioonthebearingcapacityoftheconnectionhavebeenanalyzed.Accordingtotheload-displacementcurveofthetest,theseismicperformanceoftheconnectionisanalyzed.Thr