不同轴压比下的新型钢管混凝土边节点滞回性能非线性有限元分析

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本文是对王毅红教授提出的带有芯钢管的钢管混凝土节点的后续研究。在现有钢管混凝土柱抗剪理论的基础上,对该新型钢管混凝土节点的抗剪性能进行了分析研究,并提出了相应的抗剪承载力公式。该节点区域主要由两部分构成:一部分是节点区内芯钢管混凝土;另一部分是芯钢管外环形箍筋部分混凝土。该抗剪承载力公式是以蔡绍怀教授基于极限平衡理论提出的公式为基础,在考虑了轴压比及剪跨比的影响下,由构成节点区域的两部分的抗剪承载力公式叠加而成。以试验模型为基础,利用ANSYS大型有限元分析软件,分析了该新型钢管混凝土节点在不同轴压比下的滞回性能。本文以该新型钢管混凝土节点的边节点为例进行有限元分析,详细介绍了该模型各单元类型的定义、实常数设置、材料属性定义等问题,以及整体建模时创建实体、网格划分,求解设定的具体问题。通过有限元分析得出,在低周反复荷载作用下节点的受力机理及破坏过程,以及节点在不同轴压比下的滞回性能。在低周反复荷载作用下,由于钢筋混凝土梁与柱连接处的混凝土较早开裂使得判定节点的屈服点提前,而节点核心区内芯钢管及环箍对节点强度的补充,使得节点还具有较高的强度储备,该节点具有较好的延性。由滞回性能分析可知,该类节点的滞回曲线呈纺锤形,具有较好的耗能性能。通过对节点滞回曲线的分析,得到关于节点抗震性能的系列参数,即位移延性系数、环线刚度和能量耗散系数。通过计算比较,发现这三个参数都是先随着轴压比的增大而增大,当轴压比增大到一定程度,又随着轴压比的增大而减小,表明了轴压比的增大在一定范围内对抗震是有利的。
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