钢框架梁柱弱轴连接及狗骨式节点抗震性能研究

论文摘要

梁柱连接起着在梁柱之间传递弯矩和剪力的作用，其性能直接关系到结构的整体反应。在1994年北岭地震和1995年阪神地震中，梁柱连接发生了大量的脆性破坏，显示出了人们对梁柱连接受力性能和破坏机理的认识不足。为避免人员伤亡和财产损失，研究梁柱连接在循环荷载下的破坏机理、提出新的节点构造和抗震设计对策，具有重要的理论意义和工程价值。目前国内外对梁柱连接的研究主要集中在梁柱翼缘连接，对梁柱腹板连接研究较少，且国内相关规范大多针对翼缘连接，对梁柱腹板连接的设计规定也很少。因此，本文对梁柱腹板连接受力性能进行研究。为更精确地模拟梁柱腹板连接在地震作用下的断裂行为，本文数值模型中考虑大变形、大应变、螺栓预拉力及螺栓处的接触滑移，采用Mises屈服准则，多线性随动强化本构关系，并引入开裂因子剖析连接断裂。在验证断裂准则和数值模型后，对基本试件及由此衍生的系列试件，分别用以研究螺栓直径及排列方式、柱翼缘宽度、柱轴压比等参数对连接的影响。对其在单调和循环荷载作用下受力性能及滞回性能进行了非线性有限元模拟，并对数值模拟关键部位应力场进行了分析。根据分析结果，为工程设计提供了参考建议。在明析传统节点破坏机理的基础上，对梁柱弱轴狗骨式新型节点进行了参数研究，探讨了削弱三参数对其受力性能的影响，最后给出了改进节点的抗震建议。本文有限元模型较为真实地模拟了梁柱腹板连接和狗骨式连接在循环荷载作用下的破坏行为。研究内容比较系统，提出的结论及建议对于工程设计具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景、研究目的和意义
• 1.2 现行规范对刚性节点的规定
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 试验研究
• 1.3.2 有限元分析研究
• 1.3.3 影响狗骨式刚性连接性能的因素
• 1.3.4 梁柱腹板连接及狗骨式节点存在的问题
• 1.4 研究趋势及本文工作
• 第2章 基础理论及数值模拟
• 2.1 梁柱连接节点的基础理论
• 2.1.1 梁柱连接节点分类
• 2.1.2 梁柱刚性连接节点的计算方法
• 2.1.3 刚性连接节点的构造要求
• 2.2 塑性力学基本法则
• 2.2.1 屈服准则（强度理论）
• 2.2.2 流动准则
• 2.2.3 强化准则
• 2.3 有限元模拟在程序中的实现
• 2.3.1 非线性有限元法
• 2.3.2 单元选取
• 2.3.3 加载及求解选项控制
• 2.3.4 破坏准则的确定
• 2.4 断裂准则及数值模拟验证
• 2.4.1 Yingbing Bao试验的验证
• 2.4.2 加州大学伯克利分校梁柱弱轴连接循环加载试验验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 梁柱腹板连接的抗震性能研究
• 3.1 数值模型确定
• 3.1.1 材料参数选取
• 3.1.2 参数设计
• 3.1.3 网格划分
• 3.1.4 加载方案
• 3.2 有限元计算结果及破坏分析
• 3.2.1 计算结果
• 3.2.2 数值模拟应力场分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 系列参数试件有限元分析
• 4.1 BOLT系列试件
• 4.2 WCF系列试件
• 4.3 NC系列试件
• 4.4 本章小结
• 第5章 梁柱弱轴狗骨式节点
• 5.1 狗骨式节点的设计
• 5.2 狗骨式节点的计算结果及分析
• 5.2.1 RBS试件
• 5.2.2 RA系列试件
• 5.2.3 RB系列试件
• 5.2.4 RC系列试件
• 5.3 本章小结
• 结论及建议
• 1. 结论与设计建议
• 2. 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录