钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点抗震性能研究

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1、钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点抗震性能研究(申请清华大学工学博士学位论文)培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：钱炜武指导教师：赵晓林教授二○一七年六月SeismicPerformanceofConcrete-encasedConcrete-filledSteelTubularColumntoSteelBeamJointsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhi

2、losophyinCivilEngineeringByQianWeiwuDissertationSupervisor:ProfessorZhaoXiaolinJune,2017摘要摘要钢管混凝土叠合柱正在高层建筑中得到越来越广泛的应用。目前针对钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点的研究报道尚不多见，尤其缺乏细致的工作机理分析和设计方法研究。本文通过试验研究和理论分析，对钢管混凝土叠合柱-钢梁平面和空间连接节点的抗震性能进行了研究。本文进行的具体工作如下：1.进行了带楼板的钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点的拟静力试验研究。试件加载方式为

3、柱顶施加恒定轴力，梁端施加往复荷载。试验参数包括：柱轴压比，梁柱抗弯承载力比和节点类型（平面或空间）。对试验过程与试件破坏特征进行了细致分析，研究了不同参数对该类节点抗震性能的影响规律。将平面节点与空间节点的破坏形态与抗震性能进行了对比分析。结果表明，相比平面节点，空间节点的核心区混凝土破坏更严重，承载力与抗震延性有所下降。2.建立了钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点在往复荷载作用下受力全过程分析的有限元模型。根据所受约束的不同将混凝土截面划分成不同部分，并分别采用不同的材料本构关系。模型考虑了混凝土材料在往复荷载作用下的塑性损伤

4、退化效应，以及钢管与混凝土间、钢梁与混凝土间的界面接触关系。模型计算获得的试件破坏形态、混凝土裂缝分布、承载力及刚度退化等结果与试验观测结果吻合良好。3.对钢管混凝土叠合柱-钢梁连接节点的工作机理进行了细致的全过程分析。研究了该类节点典型的破坏形态和破坏过程的受力特征。通过内力与变形分析，研究了节点核心区传力路径与剪力分配机制；通过应力与损伤分析，明晰了节点核心区抗剪机理。对比分析了平面节点与空间节点在往复荷载作用下的破坏形态、承载力与抗剪刚度等宏观指标的异同，并利用微观工作机理分析结果解释了这种差异。研究了楼板对核心区剪力传

5、递的影响规律，以及不同荷载工况对空间节点工作机理的影响。研究了关键参数对该类节点抗震性能的影响规律，具体参数包括：钢筋混凝土楼板有关参数、核心区轴压比、梁柱线刚度比、梁柱抗弯承载力比、节点核心区有关参数以及叠合柱施工初始荷载水平等。4.基于参数分析的结果，提出了钢管混凝土叠合柱-钢梁平面连接节点的核心区剪力-剪切变形恢复力模型和抗剪承载力计算公式，模型计算结果与试验实测结果及有限元计算结果吻合较好。提出了该类空间节点的抗剪设计方法。结合有限元分析结果，给出了该类节点钢梁翼缘与钢管连接外环板的设计方法。关键词：钢管混凝土叠合柱；

6、钢梁；节点；抗震性能；全过程分析IAbstractAbstractConcrete-encasedconcrete-filledsteeltubular(CFST)columnsarebeingwidelyusedinhigh-risebuildings.Researchonconcrete-encasedconcrete-filledsteeltubularcolumntosteelbeamjointsisrarelyreported,andanalyticalstudyisrequiredforthecompositejo

7、ints.Throughexperimentalandanalyticalmethods,thispaperinvestigatedseismicperformanceofconcrete-encasedconcrete-filledsteeltubularcolumntosteelbeamjointsunderbothplanarandspatialloading.Themainachievementsaresummarizedasfollows:1.Experimentsofconcrete-encasedconcrete

8、-filledsteeltubularcolumntosteelbeamjointswithslabwereconductedundercyclicloading.Theparametersconsistedofthetypeofthejoint(planarorspatia