铰接刚架支撑连接节点性能及其设计方法研究

论文摘要

支撑连接节点是铰接刚架的重要组成部分,其连接性能直接影响着框架在荷载作用下的整体反应。在传统的支撑连接节点中支撑两端和框架刚性连接,不仅制作复杂、造价高、焊接质量不易保证,而且在节点处会产生较大的次弯矩,降低支撑的低周疲劳寿命。因而研究支撑板式连接节点具有重要理论意义和工程应用价值。本文通过对九个有着不同参数的铰接刚架支撑连接节点在低周往复荷载作用下的试验研究,对其承载力、刚度等方面进行了比较,并通过ANSYS有限元分析得出该类节点的破坏模式,主要包括以下内容:1.对现有支撑板式连接节点的研究和应用现状进行总结,提出了节点构造形式、节点板厚度、支撑轴线汇交位置等重要参数。设计了九个试验节点试件和一套试验加载装置,并通过ANSYS有限元试分析,验证了试验节点截面设计的合理性。2.进行铰接刚架支撑连接节点在往复荷载下的伪静力试验。试验测得了支撑系统的层间侧移和荷载关系的滞回曲线,也测得了节点板关键点处的应变和支撑平面外失稳后的变形,并对试验现象和破坏模式进行了观测。3.研究了节点板的构造形式、节点板厚度、肋板设置、支撑交点位置等因素对铰接刚架支撑连接节点的承载力、耗能性能、变形性能、刚度的影响。4.建立了铰接刚架支撑连接节点的有限元模型,对试验节点试件进行有限元数值模拟分析。分析了节点板的应力、应变分布情况,得出塑性铰线的确定方法,此方法确定的塑性铰线很好的反应了节点板塑性应变分布情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 节点板研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文的主要研究方法及主要工作
• 1.4 本章小结
• 第2章 铰接刚架支撑连接节点受力性能的试验研究
• 2.1 试验的目的和内容
• 2.1.1 试验目的
• 2.1.2 试验内容
• 2.2 试件的初步设计
• 2.2.1 节点试件的选取
• 2.2.2 试件数量的确定及结构试验对试件设计要求
• 2.3 节点试件的细部设计和制作
• 2.3.1 试件截面和节点板尺寸的设计
• 2.3.2 第一类节点的Ansys验算
• 2.4 材性试验结果
• 2.5 观测设计
• 2.5.1 观测项目的确定
• 2.5.2 观测点的选择与布置
• 2.5.3 仪器的选择
• 2.6 结构试验的量测仪器及量测方法
• 2.7 结构试验的荷载设备及荷载设计
• 2.7.1 试验加载装置的选择
• 2.7.2 试验荷载设备
• 2.7.3 结构试验的加载制度
• 2.8 试验现象和破坏形态
• 2.8.1 KZ-1
• 2.8.2 FKZ-1
• 2.8.3 KJH
• 2.8.4 KZ-2
• 2.8.5 FKZ-2
• 2.8.6 KJL
• 2.8.7 KZ-3
• 2.8.8 FKZ-3
• 2.8.9 KZ-4
• 2.8.10 节点板变形
• 2.8.11 试验现象综述
• 2.11 本章小结
• 第3章 铰接刚架支撑连接节点的试验数据分析
• 3.1 概述
• 3.2 滞回曲线
• 3.3 能量耗散
• 3.3.1 节点板构造形式对体系抗震性能的影响
• 3.3.2 支撑交点对体系抗震性能的影响
• 3.4 骨架曲线
• 3.5 承载力分析
• 3.6 刚度分析
• 3.7 变形能力
• 3.8 应变分析
• 3.9 支撑杆件滞回曲线
• 3.10 本章小结
• 第4章 铰接刚架支撑连接节点试验有限元模拟分析
• 4.1 概述
• 4.2 有限元模型
• 4.2.1 单元类型
• 4.2.2 材料参数
• 4.2.3 材料的屈服准则、流动法则和强化法则
• 4.2.4 非线性方程组得求解
• 4.3 试验试件的有限元模拟分析结果
• 4.3.1 有限元分析分析模型和参数的选取
• 4.3.2 ANSYS分析结果
• 4.3.3 ANSYS分析结果与试验值的对比
• 4.4 本章小结
• 第5章 铰接刚架支撑连接节点工作性能有限元分析
• 5.1 概述
• 5.2 节点板塑性铰线的研究
• 5.3 节点板应变分析
• 5.4 节点板自由边长度限值
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢