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翼缘加强型狗骨式节点的性能分析及改进

作　者: 张思敏
导　师: 李军
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 翼缘加强型狗骨式节点 非线性有限元分析 滞回性能 应力路径
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


美国北岭地震和日本阪神地震之后,许多学者通过大量的试验和理论分析研究梁柱节点的受力性能,主要通过增强节点或者削弱梁段来提高节点的塑性变形能力。本文基于对“强节点弱构件”这一概念的深化,对现有梁柱延性节点形式实行改进,即局部加大梁端焊缝截面,而且在离梁端一定距离处又适当削弱梁翼缘尺寸(以下称翼缘加强型狗骨式节点),使梁端塑性铰外移的同时,梁柱节点既有较强的承载能力,又具备较好延性。本文首先以扩翼式节点的试验研究为基础,利用ANSYS软件对此扩翼式节点进行非线性有限元分析,并将有限元分析结果与试验结果相对比,从滞回曲线可以看出,有限元模拟效果较好,能够较真实地反映节点的塑性变形和承载能力。基于以上试验模型,对梁柱节点形式加以变化,做出以下三种形式的梁柱节点:翼缘加强型狗骨式节点、狗骨式节点以及普通刚性节点。由于扩翼式节点的有限元分析结果得到验证,以同样的分析方法对上述三种形式的节点进行循环荷载下的有限元分析,具有一定的可靠性和有效性。结果表明:翼缘加强型狗骨式节点由于将塑性铰外移,增强了结构的耗能能力及延性性能;而翼缘的加强又使节点的承载能力和初始刚度明显高于狗骨式节点;相对于扩翼式节点,梁端翼缘截面尽管加强,但加强幅度较小,不需要加大柱截面,从而达到节约钢材的目的。为了探明梁翼缘、腹板以及柱节点域等关键部位的应力分布及其发展规律,采用ANSYS建立同上的4种节点模型,在梁端施加竖直向下的强制位移,进行单调荷载作用下的三维非线性有限元分析,得出弹性阶段、弹塑性阶段的应力分布情况。结果表明:翼缘加强型狗骨式节点明显达到了塑性铰外移的目的,不但不需加大柱的截面,而且梁端焊缝质量较容易得到保证。为了使梁柱接头处的翼缘板的扩翼长度、削弱长度和削弱的深度取值更为合理,本文设计了3个系列的翼缘加强型狗骨式节点试件。采用考虑材料非线性、几何非线性的有限元程序分别研究了这些参数的取值对翼缘加强型狗骨式节点受力性能的影响。对翼缘加强型狗骨式节点设计参数的取值范围提出建议,为工程设计提供参考。

全文目录


摘要  9-10
Abstract  10-12
第一章 绪论  12-23
  1.1 研究背景  12-14
  1.2 研究目的和意义  14
  1.3 翼缘加强型狗骨式节点的设计理念  14-17
    1.3.1 钢结构延性设计  14-15
    1.3.2 “强柱弱梁”的实现  15-16
    1.3.3 塑性铰的位置  16
    1.3.4 “翼缘加强型狗骨式”连接的延性设计  16-17
  1.4 国内外研究现状  17-21
    1.4.1 梁翼缘削弱型节点  17-18
    1.4.2 梁翼缘腋形扩大式连接  18-20
    1.4.3 翼缘加强型狗骨式节点  20-21
  1.5 研究内容  21
  1.6 论文的构成  21-23
第二章 扩翼式节点试验与有限元分析  23-29
  2.1 扩翼式节点试验  23
  2.2 有限元分析  23-26
    2.2.1 单元类型的选择  23-24
    2.2.2 材料模型  24-25
    2.2.3 有限元模型  25
    2.2.4 加载制度  25-26
  2.3 有限元分析与试验结果比较  26-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章 循环荷载作用下梁柱节点的有限元分析  29-39
  3.1 翼缘加强型狗骨式节点模型的提出  29-30
    3.1.1 翼缘加强型狗骨式（FRD）节点  29
    3.1.2 狗骨式（RBS）节点  29-30
    3.1.3 普通刚性（NOR）节点  30
  3.2 循环荷载作用下梁柱节点的有限元分析  30-38
    3.2.1 破坏形态  30-35
    3.2.2 滞回曲线  35
    3.2.3 骨架曲线  35-37
    3.2.4 性能参数的评价  37-38
  3.3 本章小结  38-39
第四章 单调荷载作用下梁柱节点的有限元分析  39-55
  4.1 弹性分析结果  39-46
    4.1.1 应力分布  39
    4.1.2 应力路径  39-46
  4.2 弹塑性分析结果  46-53
    4.2.1 应力分布  46-47
    4.2.2 应力路径  47-53
  4.3 节点承载能力比较  53
  4.4 本章小结  53-55
第五章 翼缘加强型狗骨式（FRD）节点参数的优化  55-65
  5.1 FRD 节点试件参数设计  55-56
    5.1.1 FA 系列试件  55
    5.1.2 FB 系列试件  55-56
    5.1.3 FC 系列试件  56
  5.2 计算结果分析  56-63
    5.2.1 FA 系列试件  56-59
    5.2.2 FB 系列试件  59-61
    5.2.3 FC 系列试件  61-63
  5.3 本章小结  63-65
第六章 结论与展望  65-67
  6.1 结论  65-66
  6.2 展望  66-67
参考文献  67-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文、参加的科研实践工作及获奖情况  71-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 钢结构
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