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门式刚架加强型节点试验研究与有限元分析

作　者: 褚云朋
导　师: 王秀丽
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢结构门式刚架节点刚度破坏模式极限承载力对比分析
分类号: TU392.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

轻钢结构以其造价低，施工速度快，目前在我国被广泛应用，随之带来的问题较多，尤其在节点部位。本文首先介绍了国内外轻钢结构的发展概况，轻钢结构门式刚架节点的设计方法，节点钢材的性质、螺栓强度、焊缝及节点构造对节点受力性能的影响。参照轻钢规程及以往国内外学者的研究，分析总结了螺栓端板连接中节点端板厚度、螺栓类型、端板的加劲肋等因素对节点刚度及抗弯承载力的影响；通过有限元分析探讨了螺栓端板连接中常规螺栓端板连接、圆弧形加腋螺栓端板连接和圆弧形整体式三种节点在外载作用下的受力性能，得出无论在单调还是低周往复加载作用下，圆弧形加腋连接节点的极限承载力均比普通节点的高，在相同荷载作用下的梁端位移比普通连接节点的小，且随荷载增加，刚度退化的不大，由于加腋对节点域有较好的保护作用，使得节点域的剪应力较小，且其应力较为均匀，没有明显的应力集中现象，不会出现节点域的脆断，具有一定的塑性变形能力，滞回性能较好，符合抗震中强节点弱杆件的设计原则；圆弧形整体式门式刚架节点刚度大，外载作用下节点域变形较小，对梁柱有较好的约束作用，外载作用下，梁端位移和柱顶水平位移均较小，且其受力流畅，刚度退化小。对三种门式刚架节点进行了试验研究，重点介绍了圆弧形加腋螺栓端板连接节点的试验过程及其试验分析结果，介绍了试件的形状尺寸、加载装置、测量仪器安放、应变片和位移计的布置。通过试验对比分析得出该连接节点在低周往复荷载作用下的受力性能要比普通螺栓端板连接和整体式门式刚架节点连接好得多。圆弧形加腋板起到了保护节点，缓解节点域应力集中的作用，且因其加腋板构造为圆弧形，与常规加腋相比，此种加腋一则便于螺栓安装，二则使结构试件受力流畅，同时加腋构成了第二道防线，防止荷载作用下试件脆性破坏的发生，加腋弧板与梁柱连接部位接触面积大，从而降低了因受力集中导致的梁柱翼缘屈服破坏的可能性，同时加腋弧板是梁柱螺栓端板连接节点域刚度的有力补充，可以更好的协调梁柱变形，将外载作用传递到下部结构。节点采用栓焊连接的形式，综合了焊接刚度大，螺栓端板连接延性好的优点，该节点在外荷载作用下的破坏模式为梁端扭转位移过大，属于延性破坏；整体式节点刚度大，梁端位移很小，承载力较高，但荷载作用下，焊缝连接部位受三向拉应力作用，容易脆断；对于普通连接节点，刚度相对较小，梁端位移较大，破坏时节点域变形较大，正反向刚度较接近，外载作用下，刚度退化较快。经过ansys有限元和试验的对比分析研究得出螺栓-端板连接中的圆弧形加腋弧板连接具有较好的受力性能，用试验验证了理论的正确性，且其构造简单，易于安装，工程实用性强。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题意义  10-11
  1.2 国内外门刚梁柱节点研究现状  11-15
    1.2.1 国外研究现状  11-13
    1.2.2 国内研究现状及存在的问题  13-15
  1.3 本文主要要研究的内容  15-16
    1.3.1 本文课题来源  15
    1.3.2 本文的研究工作  15-16
第2章节点设计理论及国内外规范相关内容  16-24
  2.1 国外规范相关规定  16-18
    2.1.1 螺栓受力模型  16
    2.1.2 节点刚度的划分  16-18
    2.1.3 节点域  18
  2.2 我国现行规范的相关内容及理论  18-24
    2.2.1 门刚规程节点设计方法  19
    2.2.2 节点构造要求  19
    2.2.3 节点的相关计算内容  19-24
第3章门式刚架加强型节点的试验研究  24-41
  3.1 概述  24
  3.2 试验目的  24
  3.3 试件设计  24-26
    3.3.1 材料的力学性能  24
    3.3.2 试件的设计  24-26
  3.4 试验装置和测试内容及加载方式  26-28
    3.4.1 试验装置  26
    3.4.2 数据采集  26-27
    3.4.3 加载方式  27-28
  3.5 试验现象  28-29
    3.5.1 试件 SP-1试验现象  28
    3.5.2 试件 SP-2试验现象  28-29
    3.5.3 试件 SP-3试验现象  29
  3.6 试验结果分析  29-39
    3.6.1 试验结果  29
    3.6.2 试验结果分析  29-39
  本章小结  39-41
第4章门式刚架加强型节点的有限元分析  41-62
  4.1 有限元分析概述  41-46
    4.1.1 本文采用的单元类型介绍  41-42
    4.1.2 典型有限元分析步骤  42
    4.1.3 本章的理论基础  42-45
    4.1.4 钢材本构模型的选取  45
    4.1.5 破坏准则  45-46
  4.2 有限元模型  46-48
    4.2.1 整体有限元模性  46-47
    4.2.2 节点有限元模型  47-48
  4.3 有限元加载制度  48
  4.4 有限元分析  48-61
    4.4.1 梁柱应力分布  48-52
    4.4.3 节点域应力、节点破坏模式及承载能力分析  52-56
    4.4.4 滞回性能分析  56-57
    4.4.5 有限元骨架曲线分析  57-58
    4.4.6 反复加载刚度退化  58
    4.4.7 有限元的对比分析  58-59
    4.4.8 单调加载的有限元分析  59-61
  本章小结  61-62
第5章结果对比分析  62-67
  5.1 引言  62
  5.2 试验结果与有限元结果的比较  62-66
    5.2.1 应力分布规律  62-63
    5.2.2 滞回性能的比较  63-65
    5.2.3 承载力的比较  65-66
  5.3 本章小结  66-67
结论 * 展望  67-69
  1、结论  67-68
  2、有待进一步解决的问题  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文  73

门式刚架加强型节点试验研究与有限元分析

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