外伸端板连接节点受力性能有限元分析

论文摘要

近年来,由于我国经济水平的迅速提高,建筑业也得到了迅猛的发展,尤其是钢框架结构在商用民用建筑中得到了更广泛的应用。众所周知,在钢框架结构中,节点的力学性能对于整体结构的影响是举足轻重的,传统上的设计中往往假定梁柱节点是理想的刚接或铰接,但是实际上节点的性能常处于两者之间,属于半刚性连接,尤其是目前广泛应用的外伸端板节点更具有这种特性。框架结构采用半刚性节点可以增加结构的阻尼,延长周期,减少振幅,对于防御地震灾害特别有利。但是由于端板连接涉及到梁、柱、端板、螺栓等的组合作用,还伴有撬力接触等现象,受力较为复杂,因而我国现行的钢结构设计规范在这方面并无相应的规定。对于半刚性端板连接节点,组件法是目前较为多用也较为可行的分析方法,该方法先将节点分为端板、柱翼缘、柱腹板等组件,分别分析每种组件的力学性能,然后对各组件再加以组装,从而得到整个节点的M-θ特性.本文中主要利用了这一方法研究外伸端板连接节点的弯矩曲率关系,力求用简单明了的公式来模拟连接的这一特性,以便于工程应用。首先本文简要介绍了有关结构用高强螺栓的受力性能,并将我国规范中相关内容与美国规范和欧洲规范做了比较。其次,基于Kulak模型,本文对外伸端板连接的重票组成部分—T型连接件做了简要分析,并对此模型塑性承载力的计算作了二些改进,使之与实验结果取得了较好的一致。另外本文还将Kulak的有关结论应用于Yee和Melchers模型进行修正,在此基础上,得到了外伸端板连接育矩曲率关系的简化表达式,通过实验和ANSYS的验证,均取得了较为准确的结果、

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 半刚性连接的类型
• 1.3 国内外的研究概况
• 1.3.1 研究发展过程
• 1.3.2 研究理论及方法
• 1.4 连接弯矩转角关系曲线表达式及本文研究内容
• 1.4.1 线性表达式
• 1.4.2 多项式表达式
• 1.4.3 B样条曲线表达式
• 1.4.4 幕函数表达式
• 1.4.5 指数函数表达式
• 1.4.6 Eurocode3建议的连接弯矩-转角关系曲线表达式
• 1.4.7 本文研究内容
• 第二章 T型连接件力学性能研究
• 2.1 T型连接件的极限承载力
• 2.1.1 理论基础
• 2.1.2 Kulak等的T型连接件模型
• 2.1.3 欧洲规范
• 2.1.4 本文对Kulak模型的修正
• 2.2 T型连接件的变形能力
• 第三章 外伸端板连接的力学性能
• 3.1 连接M-θ曲线的模拟
• 3.2 连接的塑性极限承载力
• 3.2.1 螺栓受拉破坏
• 3.2.2 端板塑性机构破坏
• 3.2.3 柱翼缘塑性机构破坏
• 3.2.4 柱腹板的受压屈曲
• 3.2.5 柱腹板的受压屈服
• 3.2.6 柱腹板的受剪屈服
• 3.3 连接的初始刚度
• 3.3.1 端板和柱翼缘的变形
• 3.3.2 螺栓的变形
• 3.3.3 柱腹板受剪变形
• 3.3.4 柱腹板受压变形
• 3.3.5 柱腹板受拉变形
• 3.3.6 端板连接节点的整体初始刚度
• 第四章 外伸端板螺栓连接三维有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 半刚性连接初始刚度的简化计算
• 4.3 外伸端板螺栓连接的初始刚度
• 4.4 三维有限元法分析外伸端板螺栓连接
• 4.4.1 有限元模型
• 4.4.2 有限元模型计算分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 本文的有关结论
• 5.2 需进一步研究的问题
• 参考文献