带楼板双槽钢组合截面构件的抗震性能研究

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在地震作用下,混合式交错桁架结构空腹节间两侧斜腹杆被压屈或拉断,导致结构发生脆性破坏。为改善该结构抗震性能,提出延性交错桁架结构的概念:将桁架跨中空腹节间设计为延性区段,在地震作用下,该部分进入塑性耗能,结构其余部分保持弹性。本文将空腹节间弦杆设置为双槽钢组合截面,并考虑钢筋混凝土楼板的作用。通过试验、有限元数值模拟和恢复力模型理论等方法,对带楼板双槽钢组合截面构件的抗震性能进行了系统的研究,主要工作及成果如下:(1)进行了4个带楼板双槽钢组合截面构件在轴力和往复弯曲共同作用下的拟静力试验,重点研究了填板间距、塑性铰区加劲肋设置和腹板高厚比对构件破坏形态和抗震性能的影响。试验结果表明:缩小填板间距可以保证槽钢双肢较好的共同工作、减小腹板高厚比可以有效的约束槽钢翼缘的屈曲变形,两者均可延缓构件后期承载力和刚度下降的速度,较好的提高构件的延性性能和耗能能力。塑性铰区设置加劲肋,在加载前期可以约束槽钢的屈曲变形,提高构件的承载力和刚度;但在加载后期节点板附近槽钢出现明显受拉断裂,构件承载能力和耗能能力快速下降。(2)采用通用有限元软件ABAQUS建立了带楼板双槽钢组合截面构件的精细化有限元模型,通过有限元模拟结果与试件在往复荷载下试验结果的对比分析,表明了该有限元方法的准确性和合理性。(3)采用验证后的有限元模型对带楼板双槽钢组合截面构件进行了精细化分析,研究了混凝土楼板对构件抗震性能的影响;同时比较了轴力系数、填板间距、腹板高厚比、混凝土楼板厚度和板内配筋率对构件滞回性能的影响。(4)在试验结果的基础上,建立了带楼板双槽钢组合截面构件的恢复力模型。该模型与试验结果吻合较好,可以良好的反映构件在往复荷载作用下的承载力及刚度退化等特征,可为构件的弹塑性分析提供参考。
摘要第3-5页
abstract第5-6页
1 绪论第10-19页
    1.1 研究背景及意义第10-11页
    1.2 研究现状第11-17页
        1.2.1 组合截面研究现状第11-13页
        1.2.2 带楼板组合结构研究现状第13-17页
    1.3 本文主要研究工作第17-19页
        1.3.1 研究方法第17-18页
        1.3.2 研究内容第18-19页
2 带楼板双槽钢组合截面构件试验设计及试验方案第19-31页
    2.1 概述第19页
    2.2 试件设计及制作第19-24页
    2.3 材料性能第24-26页
    2.4 试验装置及加载方案第26-28页
    2.5 测点布置及量测方案第28-30页
    2.6 本章小结第30-31页
3 带楼板双槽钢组合截面构件试验结果分析第31-52页
    3.1 试验过程及主要试验现象第31-40页
        3.1.1 试件SJ1第31-32页
        3.1.2 试件SJ2第32-34页
        3.1.3 试件SJ3第34-35页
        3.1.4 试件SJ4第35-37页
        3.1.5 试件破坏形态及模式第37-40页
    3.2 试验结果分析第40-50页
        3.2.1 滞回曲线第40-41页
        3.2.2 骨架曲线第41-42页
        3.2.3 延性性能第42-44页
        3.2.4 刚度退化第44-45页
        3.2.5 强度退化第45-46页
        3.2.6 耗能能力第46-49页
        3.2.7 试件应变分析第49-50页
    3.3 本章小结第50-52页
4 带楼板双槽钢组合截面构件非线性数值模拟第52-75页
    4.1 概述第52页
    4.2 有限元模型的建立第52-57页
        4.2.1 材料的本构关系模型第52-54页
        4.2.2 单元、网格和边界条件第54-56页
        4.2.3 接触和连接处理第56-57页
    4.3 非线性有限元分析结果与试验对比第57-61页
        4.3.1 破坏形态对比第57-59页
        4.3.2 荷载-位移曲线对比第59-61页
    4.4 钢筋混凝土楼板的影响第61-63页
        4.4.1 破坏形态第61-62页
        4.4.2 抗震性能第62-63页
    4.5 参数分析第63-74页
        4.5.1 轴力系数第63-66页
        4.5.2 填板间距第66-67页
        4.5.3 腹板高厚比第67-69页
        4.5.4 混凝土楼板厚度第69-72页
        4.5.5 楼板配筋率第72-74页
    4.6 本章小结第74-75页
5 带楼板双槽钢组合截面构件恢复力模型第75-86页
    5.1 概述第75页
    5.2 常用的恢复力模型第75-77页
        5.2.1 双线型模型第75-76页
        5.2.2 三线型模型第76页
        5.2.3 滑移型模型第76-77页
    5.3 本文恢复力模型第77-85页
        5.3.1 骨架曲线模型第77-78页
        5.3.2 刚度退化规律第78-82页
        5.3.3 恢复力模型第82-85页
    5.4 本章小结第85-86页
6 结论与展望第86-89页
    6.1 结论第86-88页
        6.1.1 试件试验研究第86-87页
        6.1.2 非线性数值模拟第87页
        6.1.3 恢复力模型理论第87-88页
    6.2 展望第88-89页
参考文献第89-94页
致谢第94-95页
在读期间研究成果第95页
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