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半刚性连接钢框架静动力分析

作　者: 刘铭轩
导　师: 章梓茂
学　校: 北京交通大学
专　业: 工程力学
关键词: 半刚性连接钢框架有限元法结构性能分析
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 42次
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内容摘要

对钢框架的分析通常假定梁柱节点连接形式为完全刚接或理想铰接。对连接性能的这种理想化假设简化了钢框架的分析和设计过程,却不能完全真实地反映结构的实际情况,计算结果误差较大,有时甚至会得到错误的结论。在美国北岭地震(1994)和日本阪神地震(1995)中,焊接钢框架刚性节点发生了大量的脆性破坏。大量理论与实践证实,梁柱节点的连接具有半刚性特征；另外,由于半刚性连接增大了结构的水平位移,从而考虑结构位移的二阶效应影响也成为势在必然。这促使人们开始将目光投向研究半刚性连接钢框架的抗震性能。本文采用修正后的半刚接梁单元型函数,推导了半刚接钢框架的有限元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵,并建立半刚接钢框架有限元方程,应用有限元分析软件(SAP2000)对三种不同节点连接刚度的钢框架进行二阶弹性静力分析、弹塑性静力分析、模态分析和动力时程分析。旨在一定程度内阐明半刚性节点的连接刚度对钢框架内力与变形之间的关系,并对今后的研究与计算提供一定的参考。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-21
  1.1 背景和意义  10
  1.2 半刚性连接的特性  10-12
  1.3 半刚性连接的形式  12-15
  1.4 半刚性连接非线性性能的研究方法  15-16
  1.5 半刚性连接的弯矩-转角曲线模型  16-18
  1.6 半刚性连接的恢复力模型  18-19
  1.7 研究中存在的主要问题  19
  1.8 本文的研究目的和主要内容  19-21
2 半刚性连接钢框架的有限元分析  21-32
  2.1 概述  21
  2.2 二阶效应  21-22
  2.3 单元刚度矩阵与一致质量矩阵的公式推导  22-29
    2.3.1 梁单元的型函数  22-23
    2.3.2 利用虚功原理求解刚度矩阵及质量矩阵的表达式  23-24
    2.3.3 不考虑节点半刚性的刚度矩阵  24-25
    2.3.4 一致质量矩阵  25-26
    2.3.5 考虑节点半刚性的梁单元刚度矩阵  26-28
    2.3.6 考虑二阶效应的柱单元刚度矩阵  28-29
  2.4 半刚性连接单元的固端弯矩处理  29-31
  2.5 小结  31-32
3 半刚性连接钢框架的整体静力分析  32-42
  3.1 概述  32-33
  3.2 算例一:二阶静力分析  33-37
    3.2.1 计算模型与参数选用  33-36
    3.2.2 计算结果与分析  36-37
  3.3 算例二:框架整体滞回性能  37-41
    3.3.1 计算模型与加载方式  37-39
    3.3.2 计算结果与分析  39-41
  3.4 小结  41-42
4 半刚性连接钢框架的整体动力分析  42-50
  4.1 概述  42
  4.2 弹塑性分析法简介  42-43
  4.3 计算假设  43-44
  4.4 算例一:结构自振周期  44-45
    4.4.1 计算模型  44
    4.4.2 计算结果与分析  44-45
  4.5 算例二:地震作用对结构的影响  45-49
    4.5.1 计算模型与参数选用  45
    4.5.2 计算结果与分析  45-49
  4.6 小结  49-50
5 结论  50-51
参考文献  51-53
作者简历  53-55
学位论文数据集  55

半刚性连接钢框架静动力分析

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