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钢框架梁柱弱轴端板连接受力性能研究

作　者: 胡航源
导　师: 郭秉山
学　校: 西安科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢框架弱轴端板连接非线性有限元循环荷载滞回性能
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 48次
引　用: 1次
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内容摘要

端板连接作为一种半刚性连接形式,可以增加结构阻尼,延长结构自振周期,提高结构耗能能力,从而减轻结构震害,是理想的抗震连接形式。目前,国内外对半刚性连接受力性能研究相对较少,尤其是半刚性弱轴连接。本文考虑端板厚度、柱腹板厚度、螺栓类型等因素,对梁柱弱轴方向上端板连接的受力性能进行系统研究,具有重要意义。本文采用三维非线性(包括材料、几何与状态非线性)有限元方法,通过5个系列14个试件的计算与分析,对弱轴端板连接的受力性能进行了较深入地研究。主要研究了弱轴端板连接在单调和循环荷载作用下的受力性能、应力分布、破坏机理及端板厚度、腹板厚度、螺栓直径、螺栓纵向距离、螺栓排列等参数的变化对弱轴端板受力性能的影响。得到的结论主要有:相对刚性连接而言,端板连接的半刚性梁柱连接节点也有较强的刚度和极限承载能力,节点的受力性能较稳定,可以在梁柱的承载体系中应用;加劲肋承受柱腹板传来的拉压荷载,有效地抵抗了柱腹板在循环荷载下的屈曲变形,增加了连接的刚度;端板厚度对连接刚度有明显的影响,端板厚度越大,连接刚度越大,当端板较薄时厚度的变化对节点连接刚度的影响非常明显,但是端板厚度达到一定程度后,再增加端板厚度对连接刚度基本不影响;柱腹板厚度增大,节点连接刚度和承载能力明显提高,但使梁柱连接的延性降低,塑性转角减小;螺栓直径的改变,对节点滞回性能影响较大,采用较小直径的螺栓能有效提高连接的延性;螺栓开孔距离及排列方式都对节点滞回性能有一定的影响,合理安排螺栓开孔距离及排列方式,既经济又能充分利用梁柱材料;端板连接受压区螺栓受力呈三角形分布,设计时可参考本文受力模型计算。本文深入地分析了梁柱弱轴连接在荷载作用下的受力性能,得出的结论为丰富钢框架梁柱节点理论、改进连接设计方法以及探索新型节点形式提供了有价值的数据和参考依据,也为进一步研究端板连接钢框架在地震作用下的性能打下了一定的基础。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 国内外端板连接节点研究成果及现状  9-12
    1.2.1 国内研究状况  9-10
    1.2.2 国外研究状况  10-12
  1.3 半刚性连接类型  12-14
  1.4 钢框架梁柱节点研究存在的不足及本文主要研究内容  14-16
    1.4.1 节点研究存在的不足  14-15
    1.4.2 本文的主要内容  15-16
2 钢框架梁柱弱轴端板连接有限元程序选取及实现  16-30
  2.1 有限元分析概述  16-28
    2.1.1 所选单元类型介绍  16-19
    2.1.2 几何非线性有限元方程  19-22
    2.1.3 材料非线性有限元方程  22-26
    2.1.4 状态非线性有限元方程  26-28
    2.1.5 有限元分析程序的选取  28
  2.2 有限元分析中采用的指标  28-30
3 钢框架梁柱弱轴端板连接有限元计算结果及其分析  30-65
  3.1 有限元模拟试件的设计及模型建立  30-35
    3.1.1 试件设计  30-33
    3.1.2 材料本构模型的选取  33
    3.1.3 约束条件和单元划分  33-34
    3.1.4 加载制度  34-35
    3.1.5 破坏准则  35
  3.2 弱轴端板连接受力性能分析  35-62
    3.2.1 BASE 试件受力性能分析  36-42
    3.2.2 TEP 试件受力性能分析  42-46
    3.2.3 TW 试件受力性能分析  46-50
    3.2.4 DB 试件受力性能分析  50-54
    3.2.5 DBH 试件受力性能分析  54-58
    3.2.6 AB 试件受力性能分析  58-62
  3.3 弱轴端板连接螺栓计算模型  62-65
4 结论  65-67
  4.1 结论与设计建议  65-66
  4.2 后续工作  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
附录  71

钢框架梁柱弱轴端板连接受力性能研究

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