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框架梁柱节点处双力矩与翘曲位移的传递研究

作　者: 倪闻昊
导　师: 童根树
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: 双力矩翘曲位移薄壁构件梁柱节点框架塑性设计
分类号: TU323.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

通用有限元程序关于翘曲位移和双力矩在梁柱节点之间传递的处理上,长期存在着错误的做法,与板壳有限元分析的结果不一致。要想最终解决薄壁构件的扭转问题,还缺少一个条件就是广义力双力矩之间的关系或者双力矩与翘曲位移之间的关系。本文对翘曲分量传递系数为-1的翼缘延伸加劲节点组成的框架这一特殊情况,利用反证法,证明了通用有限元实质上把梁柱翘曲位移和双力矩处理为：θ’B=θ’C,BωB=BωC。而正确的处理方法应该是：θ’B=-θ’C,BωB=-BωC,可以得到与板壳有限元相符的结果。研究发现翘曲分量如何影响梁柱变形取决于梁柱节点形式,那么对于不同节点形式的框架需要分别分析。本文把节点域看成是由梁柱翼缘和加劲肋组成的井字梁系,考虑翼缘及加劲肋在翼缘平面内弯曲和自由扭转,建立四个节点的平衡方程。协调翼缘板件内力和位移与杆件截面内力和位移的关系,组集成刚度矩阵,从理论上正确解答了翘曲传递问题。基于井字梁系模型,计算翼缘延伸加劲节点连接的框架变形与板壳有限元分析的结果相符,对不同梁柱截面的r形框架进行了算例分析,验证了在梁柱节点处,柱子翘曲位移与梁的翘曲位移存在着相等相反(θ’b=-θ’c)近似成立；对于三块加劲肋节点组成的框架进行翘曲分析,由于斜加劲肋的存在使得翘曲传递问题变得复杂,考虑其平面内弯曲和自由扭转,同样与板壳有限元分析结果吻合,证明了本文模型的正确性,由于斜加劲肋的存在抑制了翘曲分量的传递,并且与斜加劲肋的厚度直接相关。关于框架梁柱双力矩的关系鲜有研究,利用本文模型只对节点域进行分析,将翼缘板件外力进行组合,得到了节点域四个面上双力矩和翘曲位移的关系,作为“翘曲半刚性”的公式。通过板壳有限元翼缘中面的应力反算得到节点端面的双力矩,对比验证了翘曲半刚性的正确性

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