梁—柱弱轴螺栓连接的性能

论文摘要

工程中应用的H形钢柱框架是空间的,必然存在梁与柱弱轴连接的问题,但目前对此问题的研究还较少。已有的连接形式多以焊接为连接手段,复杂的应力状态与不易保证质量的现场焊接使连接易发生脆性断裂,试验研究中观察到的现象充分证明了这一点。如何改善连接的性能,使它具有相协调的刚度与承载力,足够大的转动能力及良好的耗能能力,成为众多研究者的目标。本文提出一种新的梁-柱弱轴连接形式,它的特点是用螺栓将梁翼缘与柱翼缘、梁腹板与柱腹板连接起来,消除了施工现场的焊接作业,使连接的质量更易于保证,从而减少脆性断裂的可能性。这种连接的另一个特点是主要的受力板件以承受剪力为主,用于结构中可充分发挥钢材的优势。按照所提出的连接形式设计了8个试件,试件的设计不仅考虑了应用中可能出现的情况,而且提供不同试件间相互比较的共同基础。用经过验证的有限元方法对这8个试件进行单调荷载及循环荷载作用下的分析,考察了连接的传力特点、承载能力、初始转动刚度、弯矩一转角关系、恢复力模型、转角延性系数及耗能能力。通过研究,给出了便于结构分析应用的连接的弯矩一转角关系的数学表达式,指出应用这种连接形式应注意的一些问题。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 梁-柱弱轴连接构造形式
• 1.3 梁-柱弱轴连接的研究现状
• 1.4 本文的工作
• 2 梁-柱连接的分类
• 2.1 梁线方程
• 2.2 梁-柱连接的分类方法
• 2.2.1 美国钢结构协会（AISC）分类方法
• 2.2.2 Eurocode 3分类方法
• 2.2.3 Bjorhovde的分类方法
• 2.2.4 D.A.Nethercot的分类方法
• 2.2.5 Yoshiaki Goto的分类方法
• 2.2.6 Rafiq Hasan的分类方法
• 2.3 梁-柱连接的数学模型
• 2.3.1 线性模型
• 2.3.2 多项式模型
• 2.3.3 B样条模型
• 2.3.4 指数函数模型
• 2.3.5 幂函数模型
• 3 有限元方法验证
• 3.1 有限单元法基本原理
• 3.1.1 结构离散
• 3.1.2 单元分析
• 3.1.3 整体分析
• 3.2 非线性方程的求解
• 3.2.1 Newton-Raphson法（N-R法）
• 3.2.2 增量法求解非线性方程组
• 3.3 连接研究中应用有限单元法的有效性
• 3.3.1 Peter C.Birkemoe实验的模拟
• 3.3.2 Glenn P.Rentschler等人实验的模拟
• 4 连接在单调荷载作用下的性能
• 4.1 梁-柱弱轴螺栓连接单调加载有限元分析
• 4.1.1 试件设计
• 4.1.2 加载步骤
• 4.1.3 有限元分析结果
• 4.2 连接的抗弯承载力
• 4.2.1 连接传力特点
• 4.2.2 高强度螺栓单面搭接连接传力机理
• 4.2.3 连接的抗弯承载力
• 4.3 连接的初始转动刚度
• 4.3.1 节点域的转动刚度
• 4.3.2 连接件的转动刚度
• 4.3.3 连接的初始转动刚度
• 4.4 连接的M-θ曲线
• u≤M_c时的M-θ曲线'>4.4.1 M_u≤M_c时的M-θ曲线
• u>M_c时的M-θ曲线'>4.4.2 M_u>M_c时的M-θ曲线
• 5 连接在循环荷载作用下的性能
• 5.1 循环加载有限元分析
• 5.1.1 梁端位移构成分析
• 5.1.2 试件及加载程序
• 5.1.3 有限元分析结果
• 5.2 连接在循环荷载作用下的性能
• 5.2.1 恢复力模型
• 5.2.2 连接转动延性系数
• 5.2.3 连接的耗能能力
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 硕士研究生学习阶段发表论文