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轻钢加层中不同连接形式节点的抗震性能有限元分析

作　者: 李润斌
导　师: 任泽民
学　校: 河北工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 轻钢加层节点低周反复荷载有限元分析滞回曲线抗震性能
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

对于在旧有建筑物上进行加层改造的工程，依靠其技术和经济上的特有优势，在既有建筑物改造活动中占有越来越大的比重。加层改造后的梁柱节点无疑是建筑物中关键的部位，其直接影响到加层后整体结构的受力性能。因此，对于轻钢加层中不同连接形式节点的抗震性能的研究，有利于了解节点的力学性能，有利于改进节点形式的设计。无论在相关理论研究方面还是在相应的工程实践中，对于节点抗震性能的研究都具有重要的意义和价值。本文前期试验中设计了四个轻钢加层不同连接形式节点的实体模型，这些试验构件均为在原有的混凝土柱子上方通过化学植筋的方法加入工字钢形的钢柱。新加钢柱与原有混凝土柱子的连接形式不同，其连接形式分别为：铰接—U型钢箍加固、刚接—碳纤维加固、刚接—钢板加固和纯刚接。在试验过程中，分别给这四个实体模型施加低周反复荷载作用，得出其滞回曲线等相关参数，通过这些参数可以分析它们抗震性能的优劣。本文在上述试验的基础上，以试验中抗震性能最优的节点实体模型为样本，通过大型有限元分析软件ANSYS建立有限元节点的模型，确定模型中不同单元的形式、定义各个单元的材料属性、设置单元的实常数、选取适合的屈服准则。使用节点法建立了所有钢筋单元，再使用实体建模法建立了混凝土单元，对其进行单元划分，施加约束条件，加载并求解。本文对所建节点有限元模型在低周反复荷载作用下的受力破坏过程进行了全程模拟，把节点有限元模型的分析结果与节点实体模型的试验结果进行了比较，得出了有限元分析结果和试验所得结果基本相符的结论，从而证明了本文所建的节点有限元模型基本能够正确地反映出节点的实际受力情况。在这个节点模型的基础上，通过改变节点的连接形式，得出新的节点有限元模型，再对新建模型进行低周反复加载模拟试验，得出滞回曲线等相关参数，并与原有模型进行对比，进而得出所建节点有限元模型的抗震性能的差异。着重分析不同连接形式节点模型在低周反复荷载作用下耗能性能与延性等抗震性能指标的差别。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-19
  §1-1 研究背景  10-11
  §1-2 研究意义  11-12
  §1-3 国内外研究的现状及存在问题  12-18
    1-3-1 国外概况  12-15
    1-3-2 国内概况  15-18
  §1-4 研究的主要内容  18-19
    1-4-1 课题描述  18
    1-4-2 课题的主要研究内容  18-19
第二章有限元分析的理论基础  19-27
  §2-1 概述  19
  §2-2 有限元方法的分析步骤  19-22
    2-2-1 离散连续体  19-20
    2-2-2 单元位移函数的选择  20
    2-2-3 单元特性分析  20-21
    2-2-4 整体分析  21-22
  §2-3 对于非线性方程组的求解方法  22-24
    2-3-1 迭代法  22
    2-3-2 增量法  22-23
    2-3-3 混合法  23-24
  §2-4 收敛准则  24
  §2-5 ANSYS有限元分析  24-26
    2-5-1 概述  24-25
    2-5-2 ANSYS软件建模需要考虑的因素  25
    2-5-3 ANSYS求解的基本步骤  25-26
  §2-6 本章小结  26-27
第三章钢混柱节点低周反复荷载试验  27-35
  §3-1 试验概况  27-31
    3-1-1 试验构件的设计  27-29
    3-1-2 材料特性  29
    3-1-3 试验装置及加载设备  29-31
  §3-2 试验加载过程简介  31-32
    3-2-1 低周反复加载制度  31
    3-2-2 低周反复试验  31-32
  §3-3 试验结果  32-34
    3-3-1 试验现象简述  32
    3-3-2 荷载—位移曲线  32-33
    3-3-3 骨架曲线  33-34
  §3-4 本章小结  34-35
第四章有限元模型的建立  35-52
  §4-1 节点模型的选取  35
  §4-2 有限元节点模型的理论基础  35-40
    4-2-1 混凝土单元的相关理论基础  35-38
    4-2-2 型钢柱中钢板单元的相关理论基础  38
    4-2-3 钢筋单元的相关理论基础  38-39
    4-2-4 加固钢板单元的相关理论基础  39-40
  §4-3 单元实常数的设置  40-41
  §4-4 材料的本构关系  41-44
    4-4-1 混凝土的本构关系  41-42
    4-4-2 钢筋的本构关系  42-43
    4-4-3 加固用钢板的本构关系  43-44
  §4-5 其它材料参数的设置  44-46
    4-5-1 混凝土及钢材的弹性模量、泊松比  44
    4-5-2 混凝土的破坏准则  44-45
    4-5-3 混凝土的屈服准则  45-46
  §4-6 有限元模型的建立  46-48
    4-6-1 钢筋及加固钢板单元的建立  46
    4-6-2 混凝土单元的建立  46
    4-6-3 型钢柱单元的建立  46-48
  §4-7 约束的施加和求解设置  48-49
    4-7-1 约束条件  48
    4-7-2 荷载的施加  48
    4-7-3 求解设置  48-49
  §4-8 计算结果的后处理  49
  §4-9 有限元分析结果与试验结果对比  49-50
  §4-10 本章小结  50-52
第五章新型连接形式节点模型的建立及受力分析  52-60
  §5-1 新型连接形式节点模型的建立  52-55
    5-1-1 新型连接形式的选取  52
    5-1-2 刚接—钢板碳纤维混合加固节点模型的建立  52-55
  §5-2 刚接—钢板碳纤维混合加固节点模型的受力分析  55-59
  §5-3 本章小结  59-60
第六章结论与展望  60-62
  §6-1 本文结论  60
  §6-2 展望  60-62
参考文献  62-64
致谢  64-65
攻读学位期间所获得的相关科研成果  65

轻钢加层中不同连接形式节点的抗震性能有限元分析

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