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1、鋼管混凝土疊合柱-鋼梁連接節(jié)點(diǎn)抗震性能研究(申請(qǐng)清華大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文)培養(yǎng)單位：土木工程系學(xué)科：土木工程研究生：錢(qián)煒武指導(dǎo)教師：趙曉林教授二○一七年六月SeismicPerformanceofConcrete-encasedConcrete-filledSteelTubularColumntoSteelBeamJointsDissertationSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofDoctorofPhi
2、losophyinCivilEngineeringByQianWeiwuDissertationSupervisor:ProfessorZhaoXiaolinJune,2017摘要摘要鋼管混凝土疊合柱正在高層建筑中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前針對(duì)鋼管混凝土疊合柱-鋼梁連接節(jié)點(diǎn)的研究報(bào)道尚不多見(jiàn)，尤其缺乏細(xì)致的工作機(jī)理分析和設(shè)計(jì)方法研究。本文通過(guò)試驗(yàn)研究和理論分析，對(duì)鋼管混凝土疊合柱-鋼梁平面和空間連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行了研究。本文進(jìn)行的具體工作如下：1.進(jìn)行了帶樓板的鋼管混凝土疊合柱-鋼梁連接節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)研究。試件加載方式為
3、柱頂施加恒定軸力，梁端施加往復(fù)荷載。試驗(yàn)參數(shù)包括：柱軸壓比，梁柱抗彎承載力比和節(jié)點(diǎn)類型（平面或空間）。對(duì)試驗(yàn)過(guò)程與試件破壞特征進(jìn)行了細(xì)致分析，研究了不同參數(shù)對(duì)該類節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響規(guī)律。將平面節(jié)點(diǎn)與空間節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)與抗震性能進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，相比平面節(jié)點(diǎn)，空間節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)混凝土破壞更嚴(yán)重，承載力與抗震延性有所下降。2.建立了鋼管混凝土疊合柱-鋼梁連接節(jié)點(diǎn)在往復(fù)荷載作用下受力全過(guò)程分析的有限元模型。根據(jù)所受約束的不同將混凝土截面劃分成不同部分，并分別采用不同的材料本構(gòu)關(guān)系。模型考慮了混凝土材料在往復(fù)荷載作用下的塑性損傷
4、退化效應(yīng)，以及鋼管與混凝土間、鋼梁與混凝土間的界面接觸關(guān)系。模型計(jì)算獲得的試件破壞形態(tài)、混凝土裂縫分布、承載力及剛度退化等結(jié)果與試驗(yàn)觀測(cè)結(jié)果吻合良好。3.對(duì)鋼管混凝土疊合柱-鋼梁連接節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)理進(jìn)行了細(xì)致的全過(guò)程分析。研究了該類節(jié)點(diǎn)典型的破壞形態(tài)和破壞過(guò)程的受力特征。通過(guò)內(nèi)力與變形分析，研究了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)傳力路徑與剪力分配機(jī)制；通過(guò)應(yīng)力與損傷分析，明晰了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪機(jī)理。對(duì)比分析了平面節(jié)點(diǎn)與空間節(jié)點(diǎn)在往復(fù)荷載作用下的破壞形態(tài)、承載力與抗剪剛度等宏觀指標(biāo)的異同，并利用微觀工作機(jī)理分析結(jié)果解釋了這種差異。研究了樓板對(duì)核心區(qū)剪力傳
5、遞的影響規(guī)律，以及不同荷載工況對(duì)空間節(jié)點(diǎn)工作機(jī)理的影響。研究了關(guān)鍵參數(shù)對(duì)該類節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響規(guī)律，具體參數(shù)包括：鋼筋混凝土樓板有關(guān)參數(shù)、核心區(qū)軸壓比、梁柱線剛度比、梁柱抗彎承載力比、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)有關(guān)參數(shù)以及疊合柱施工初始荷載水平等。4.基于參數(shù)分析的結(jié)果，提出了鋼管混凝土疊合柱-鋼梁平面連接節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)剪力-剪切變形恢復(fù)力模型和抗剪承載力計(jì)算公式，模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果及有限元計(jì)算結(jié)果吻合較好。提出了該類空間節(jié)點(diǎn)的抗剪設(shè)計(jì)方法。結(jié)合有限元分析結(jié)果，給出了該類節(jié)點(diǎn)鋼梁翼緣與鋼管連接外環(huán)板的設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：鋼管混凝土疊合柱；
6、鋼梁；節(jié)點(diǎn)；抗震性能；全過(guò)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
