轻钢结构T型钢连接节点的受力性能研究

论文摘要

轻钢结构以其造价低、施工速度快、环保节能,目前在我国被广泛应用,随之带来的问题较多,尤其在连接节点部位。本文总结了国内外轻钢结构的发展概况,以及T型钢连接节点的国内外研究现状,针对轻钢结构T型钢连接节点,从理论计算和有限元分析两个方面对其受力性能进行了研究。在理论计算方面,参照轻钢规程及以往国内外学者的研究,根据节点构造对T型钢连接节点受力性能的影响分析总结了相应的理论计算方法,并依据这些方法通过计算实例得出节点各个组成因素对节点受力性能的影响。在有限元分析方面,本文考虑了材料非线性、几何非线性和状态非线性,用通用有限元软件ANSYS10.0对轻钢结构T型钢连接节点的受力性能进行了系统的研究。通过对多个模型进行单调加载,得出多个模型的Mises应力云图及位移图、节点的弯矩和转角数值以及各个模型的M-θr曲线等,并对有限元结果进行了系统的分析研究。通过将理论计算和有限元分析研究结果相结合,得出以下主要结论:从多个系列试件的计算结果看,T型钢连接节点具有较大的转动刚度和极限承载力;T型钢连接节点是一种半刚性连接节点;节点的极限承载力和转动刚度主要取决于T型钢翼缘厚度、柱翼缘厚度、梁的高度、水平加劲肋的设置以及T型钢翼缘与柱翼缘连接处竖向螺栓间距,而其他因素的影响较小。根据各个因素对T型钢连接节点受力性能的影响,提出了相应的设计意见。本文通过理论计算以及ANSYS有限元程序深入地分析了轻钢结构T型钢连接节点在单调荷载作用下,各种因素对节点的承载力以及转动刚度的影响,得出的结论为轻钢结构T型钢连接节点的理论和设计方法的研究应用提供了有价值的数据和参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外T 型钢连接节点研究状况
• 1.2.1 国外研究状况
• 1.2.2 国内研究状况
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.3.1 轻型钢结构及节点研究存在的问题
• 1.3.2 本文研究的目的、意义及主要内容
• 2 轻钢结构T 型钢连接有限元分析程序选取
• 2.1 有限元基本理论
• 2.1.1 非线性塑性理论
• 2.1.2 有限元程序的选取
• 2.2 ANSY510.0 有限元分析概述
• 2.2.1 所选单元类型介绍
• 2.2.2 几何非线性的有限元方程
• 2.2.3 材料非线性的有限元方程
• 2.2.4 状态非线性的有限元方程
• 2.2.5 破坏准则
• 3 轻钢结构T 型钢连接节点的计算
• 3.1 T 型钢连接节点的破坏模式
• 3.2 T 型钢连接节点的承载力计算公式
• 3.2.1 T 型钢连接节点摩擦面的抗剪承载力计算
• 3.2.2 高强螺栓的抗拉与抗剪强度计算
• 3.2.3 T 型钢承载力
• 3.2.4 柱承载力计算
• 3.2.5 轻钢 T 型钢梁柱连接节点承载力计算算例
• 3.3 T 型钢连接节点的初始刚度计算公式
• 3.3.1 T 型钢连接节点的初始刚度
• 3.3.2 T 型钢连接梁柱节点的初始刚度计算
• 3.3.3 轻钢T 型钢梁柱连接节点初始刚度计算算例
• 3.4 本章小结
• 4 轻钢结构T 型钢连接节点有限元分析
• 4.1 有限元模拟试件的设计
• 4.1.1 试件描述
• 4.1.2 材料参数
• 4.1.3 约束条件、接触面和网格划分
• 4.2 有限元计算结果及其分析
• 4.2.1 基本试件
• 4.2.2 T 型钢翼缘厚度系列试件
• 4.2.3 T 型钢腹板厚度系列试件
• 4.2.4 柱翼缘厚度的系列试件
• 4.2.5 柱腹板厚度系列试件
• 4.2.6 梁截面高度系列试件
• 4.2.7 螺栓间距系列试件
• 4.2.8 水平加劲肋系列试件
• 4.3 节点的破坏
• 4.4 有限元计算结果与理论计算结果的比较
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 5.1 结论和设计建议
• 5.2 后继工作
• 致谢
• 参考文献
• 附录