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建筑钢结构粘结连接节点的试验研究与有限元分析

作　者: 徐佳
导　师: 姚谏
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 粘结连接梁柱端板连接柱翼缘粘钢加强 Z型连续檩条搭接节点试验研究有限元分析设计建议
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

粘结连接作为一种重要的连接方式,在航天产业、土木工程结构加固、修复等方面已经得到较为广泛的应用。但直接将粘结用于钢结构的连接的研究之前却鲜有人涉及。随着以大量聚合物材料为基础的各种粘结剂的问世,特别是以环氧树脂为基础的高性能粘结剂的投入使用,使得这种连接方式成为了可能。论文通过试验与有限元分析方法对粘结连接在钢结构中的应用进行了深入分析。首先论文对现有粘结层力学模型的理论分析成果进行总结,并详尽地介绍了本文有限元模型采用的粘结层力学模型。其次以门式刚架梁柱连接中柱翼缘的粘结加强为出发点,对粘结连接这种新的连接方式进行了深入研究。为了比较柱翼缘外粘钢板加强节点与传统的柱翼缘局部加厚节点的优缺点,并调整有限元分析模型参数的选择,进行了两组6个试件的试验研究。同时,利用有限元软件ABAQUS分别对柱翼缘外粘钢板加强节点和柱翼缘局部加厚节点进行了详细的弹塑性计算,通过比较分析,得出一些有参考价值的结论,并提出了粘钢加强节点的粘结层极限荷载的计算公式与节点的构造要求。接着对Z型檩条搭接节点采用粘结连接这种新型连接方式的受力性能进行了深入研究。首先试验研究Z型钢檩条搭接连接采用粘结连接与传统连接方式的受载特性,重点考察檩条搭接段的抗弯刚度与极限承载力。鉴于试验中不可避免存在各种初始缺陷及试验误差等因素的影响,采用有限元分析软件ABAQuS对试件进行数值模拟。根据试验结果得出基准有限元模型,并将有限元模型推广到双跨Z型檩条,以研究搭接连接对檩条整体结构受载性能的影响。最后根据试验结果与有限元分析结果提出冷弯斜卷边Z型檩条粘结连接节点的一些设计建议。研究结果表明,搭接粘结连接方式受力性能优于传统螺栓连接方式,能实现檩条的连续效果。

全文目录

致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题研究背景  11-14
    1.1.1 钢结构连接的研究现状  11-13
    1.1.2 粘结剂的应用现状  13-14
  1.2 课题研究目的  14-16
  1.3 本文主要内容  16-19
第2章粘结连接节点中粘结层的力学模型  19-27
  2.1 概述  19-22
  2.2 本文采用的粘结层力学模型  22-27
    2.2.1 柱翼缘板外粘钢板加强的梁柱端板连接节点  22-24
    2.2.2 搭接Z型钢节点粘结连接  24-27
第3章柱翼缘板外粘钢板加强的梁柱端板连接节点  27-61
  3.1 概述  27-32
    3.1.1 端板连接研究现状  27-30
    3.1.2 ABAQUS/Explicit准静态分析  30-31
    3.1.3 柱翼缘板外粘钢板加强的梁柱端板连接  31-32
  3.2 试验  32-42
    3.2.1 试验目的及试件参数  32-34
    3.2.2 粘结剂的选择及其施工方式  34
    3.2.3 试件装置及测点布置  34-36
    3.2.4 试验过程及试件破坏形态  36-41
    3.2.5 试验结果及分析  41-42
  3.3 有限元分析  42-53
    3.3.1 建模  42-46
    3.3.2 有限元模型验证  46-49
    3.3.3 有限元分析结果  49-53
  3.4 设计建议  53-58
    3.4.1 外贴钢板厚度的确定  53-56
    3.4.2 外贴钢板长度的确定  56-58
  3.5 本章小结  58-61
第4章粘结连接的Z型钢搭接节点  61-109
  4.1 概述  61-67
    4.1.1 连续檩条的应用现状  61-62
    4.1.2 连续檩条搭接节点的研究现状  62-65
    4.1.3 冷弯斜卷边Z型檩条的粘结搭接  65-67
  4.2 试验  67-84
    4.2.1 试件设计  67-69
    4.2.2 粘结剂的选择及其施工方式  69-70
    4.2.3 试验装置及测点布置  70-71
    4.2.4 材性试验  71-72
    4.2.5 试验过程及试件破坏形态  72-81
    4.2.6 试验结果分析  81-84
    4.2.7 试验结论  84
  4.3 有限元分析  84-98
    4.3.1 有限元建模  85-89
    4.3.2 有限元模型验证  89-91
    4.3.3 有限元分析结果(粘结连接的Z型钢搭接连接节点)  91-95
    4.3.4 粘结连接的Z型钢两跨连续檩条  95-98
    4.3.5 结论  98
  4.4 设计建议  98-106
    4.4.1 粘结连接节点的最短粘结搭接长度  98-103
    4.4.2 弯矩承载力比γ  103-104
    4.4.3 有效抗弯刚度比α  104-106
  4.5 本章小结  106-109
第5章结论和展望  109-111
  5.1 结论  109-110
  5.2 展望  110-111
参考文献  111-117
作者简历  117

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