顶底角钢与H型钢柱弱轴连接节点的伪静力试验性能及分析

论文摘要

由世界著名力学与结构权威W．F．Chen教授等提出的“钢结构高级分析理论”，受到国内外学者的广泛关注。该理论首次将强度理论、稳定理论和塑性理论合并在总体结构分析之中，避免了常规分析中将三个理论分开考虑的弱点。本文为国家自然科学基金项目—《三维空间钢结构高级分析理论》的顶底角钢与H型钢柱弱轴连接节点的伪静力试验部分。本文通过伪静力试验，分析了两种弱轴顶底角钢连接节点在循环荷载作用下的受力性能和破坏机理，得到了滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及角钢的应力—应变曲线；推导了连接的初始刚度和极限承载力计算公式；在考虑三维非线性的基础上，使用ANSYS软件对试验中的节点进行了循环加载分析，系统地分析了摩擦系数、螺栓预拉力、角钢厚度、梁高、螺栓线到与柱连接角钢肢背的距离、柱腹板厚度、柱翼缘厚度、柱加劲肋厚度等参数对直接腹板顶底角钢节点性能的影响。本文的研究不仅为基金项目后期高级分析的程序编制提供了依据，所推导的计算公式也经过了试验验证，为进一步研究弱轴顶底角钢连接节点的性能奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的来源及意义
• 1.3 半刚性连接的研究方法
• 1.3.1 试验测定法
• 1.3.2 曲线拟合法
• 1.3.3 塑性分析法
• 1.3.4 解析法
• 1.3.5 有限单元法
• 1.4 国内外对半刚性节点研究的现状及各国规范对半刚性节点的规定
• 1.4.1 国内研究现状及水平
• 1.4.2 国外研究现状及水平
• 1.4.3 各国规范对半刚性节点的规定
• 1.5 国内外梁柱腹板连接研究现状
• 1.6 本文的创新点及主要研究内容
• 1.6.1 本文的创新点
• 1.6.2 文章的主要内容
• 第2章 半刚性连接的性能
• 2.1 引言
• 2.2 半刚性连接的特性
• 2.3 半刚性连接的分类
• 2.3.1 Bjorhovde等人的分类
• 2.3.2 EUROCODE3分类
• 2.3.3 Goto等人的分类方法
• 2.3.4 Nethercot等人的分类方法
• 2.4 半刚性连接的类型
• 2.4.1 常用的半刚性连接形式
• 2.4.2 梁柱腹板弱轴连接的几种类型
• 2.5 半刚性连接的数学模型
• 2.5.1 线性模型
• 2.5.2 多项式模型
• 2.5.3 B样条模型
• 2.5.4 指数函数模型
• 2.5.5 幂函数模型
• 2.6 典型半刚性连接的幂函数模型
• 2.6.1 初始连接刚度的确定
• u'>2.6.2 连接的极限弯矩承载力M_u
• 2.6.3 形状参数n的确定
• 2.7 连接数据库
• 2.8 对半刚性连接节点研究的不足之处
• 第3章 弱轴半刚性节点的伪静力试验
• 3.1 引言
• 3.2 材性试验
• 3.3 高强螺栓连接的抗滑移系数试验
• 3.4 弱轴顶底角钢梁柱连接节点的伪静力试验
• 3.4.1 试验目的
• 3.4.2 试件设计
• 3.4.3 数据量测
• 3.4.4 试验方法
• 3.4.5 试验现象及结果
• 3.4.6 试验结果分析
• 3.5 本次试验的主要结论
• 第4章 弱轴顶底角钢连接节点的有限元分析
• 4.1 有限元法基础
• 4.1.1 结构离散化
• 4.1.2 单元特性分析
• 4.1.3 整体分析
• 4.2 ANSYS有限元软件简介
• 4.3 三维非线性有限元基本理论
• 4.3.1 非线性问题
• 4.3.2 屈服准则
• 4.3.3 强化准则
• 4.3.4 塑性流动增量理论
• 4.3.5 非线性问题的求解方法
• 4.3.6 收敛准则
• 4.3.7 极限承载力判别准则
• 4.4 直接腹板顶底角钢连接的循环加载模拟
• 4.4.1 几何建模
• 4.4.2 材料特性
• 4.4.3 单元特性
• 4.4.4 网格划分
• 4.4.5 接触条件定义
• 4.4.6 施加荷载及约束条件
• 4.4.7 求解设定
• 4.4.8 结果后处理
• 4.4.9 计算结果与试验结果对比分析
• 4.5 直接腹板顶底角钢连接节点在循环荷载下的受力性能分析
• 4.5.1 试件设计
• 4.5.2 计算结果分析
• 4.5.3 ANSYS分析结果
• 第5章 结论与建议
• 5.1 主要结论
• 5.1.1 试验主要结论
• 5.1.2 ANSYS计算结论
• 5.2 试验结论与ANSYS计算结论的异同点
• 5.2.1 相同点
• 5.2.2 不同点
• 5.3 对今后研究方向的展望与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录