考虑栓钉剪切刚度的钢—混凝土组合框架受力性能分析--《哈尔滨工业大学》2013年硕士论文
考虑栓钉剪切刚度的钢—混凝土组合框架受力性能分析
【摘要】：组合结构由两种材料通过抗剪连接件连接共同工作，由于其充分发挥了不同材料的优点，在建筑中已经得到广泛应用。目前，国内外仍以栓钉作为主要的抗剪连接构件。在钢-混凝土组合框架结构的设计中，混凝土楼板通过栓钉与钢梁连接形成整体共同承受平面内外的荷载作用。栓钉的受力性能直接关系到两种材料能否共同工作。而目前我国对组合框架的设计中存在的问题主要是对楼板与钢梁的连接与构造不够重视。特别是对钢-混凝土组合框架整体结构进行分析时，大多忽略了栓钉的实际剪切刚度，建模时将楼板与钢梁采用公共节点耦合的方式进行连接，对栓钉的实际剪切刚度对结构受力性能的影响缺乏实际思考。
本文基于ABAQUS有限元模拟软件对考虑栓钉实际剪切刚度的组合框架受力性能进行分析，以栓钉的受力性能为切入点，首先对单个栓钉进行了精细化建模，分析了不同参数对栓钉抗剪承载能力的影响并对栓钉刚度退化现象进行阐释；进而采用弹簧单元模拟栓钉，通过赋予弹簧单元非线性本构关系模拟栓钉刚度退化现象，对栓钉在组合梁承受不同荷载形式下的受力性能进行研究，并对栓钉刚度退化对组合梁挠度的影响进行分析；最后基于实际工程，考虑栓钉实际剪切刚度对钢-混凝土组合框架结构进行整体建模分析，研究了考虑栓钉实际剪切刚度对整体结构受力性能的影响。
通过对单个栓钉受力性能进行分析可以看出，栓钉的极限承载力由两种因素决定，分别为栓钉周围混凝土强度以及栓钉自身的性能。且栓钉的抗剪承载力随着混凝土强度的增加以及栓钉直径的增加而增大。且由栓钉的荷载-滑移曲线可以看出，栓钉存在明显的刚度退化特性。基于有限元分析结果可知，我国规范对栓钉抗剪承载力的设计偏于保守。
通过对组合梁中栓钉受力特征分析可以看出，竖向荷载作用下，栓钉具有很强的塑性性能实现纵向界面间剪力重新分布。考虑水平荷载的叠加之后叠合面间总纵向剪力值变化不大且栓钉仍具有很强的柔性性能实现界面间剪力重分布。但由分析结果可以看出，当水平荷载较大时栓钉滑移量较大同时考虑到水平荷载作用的双向性，建议此时在梁两侧增加栓钉数量满足水平荷载叠加要求。此外，栓钉刚度退化对组合梁挠度影响不容忽视。
通过考虑栓钉实际剪切刚度对整体框架进行建模可以看出，栓钉剪切刚度对结构受力性能影响不容忽略。考虑栓钉的实际剪切刚度以后，楼板面内应力分布更加均匀且支撑所在钢梁上轴力明显增加，钢梁轴力不容忽视；且栓钉刚度退化之后，水平荷载吸收器中钢梁轴力以及结构的顶点侧移仍会继续增加而结构基底剪力值则有所降低。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2013【分类号】：TU398.9
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