扩翼型节点钢框架的动力特性研究

论文摘要

地震时，传统梁柱连接节点钢框架梁端焊接部位及其周围，常因应力大、变形集中常有大量的脆性裂纹产生而破坏，震后国内外专家在进行了大量的试验研究和理论分析并提出了多种传统梁柱节点的改良形式，其中针对扩翼式连接节点本身进行了较多理论分析和试验研究并取得了很多研究成果，证明了该种节点具有良好耗能能力和滞回性能。但对于扩翼式节点整体框架的抗震性能所开展的研究工作主要是弹性分析和少量的试验研究，为了完善扩翼式节点钢框架整体的动力性能研究，本文对扩翼式节点钢框架进行了拟动力实验研究和有限元数值计算。主要研究内容为：1、扩翼式节点钢框架动力性能试验研究：试验试件采用1个缩尺比例为1/2的扩翼式节点钢框架，参考美国规范FEMA350的设计方法及构造要求，在青岛理工大学结构实验室进行加载，试验采用拟动力试验方法，采用ELCentro地震波，对结构分别施加四个工况加载，即地震波峰值应与设防烈度所列的地震峰值相等，需要根据不同烈度要求对原始地震波加速度峰值进行合理调整，即依次取四种种地震波加速度峰值分别为50gal、100gal、200gal、400gal，分别对应于抗震设防烈度的六度、七度、八度和九度。试验得到了框架弹性阶段的基底剪力响应以及各楼层的加速度响应、位移响应，分析得到了扩翼式节点钢框架在地震荷载作用下的动力特性。2、扩翼式节点钢框架动力性能有限元分析：为了对试验结果进行验证，采用ANSYS有限元软件，进行了钢框架弹性阶段的分析对比，通过有限元模拟和实验结果的时程分析对比验证了试验结果具有一定的可靠性，并采用阵型分解反应谱法验证了弹性阶段时程分析的正确性。采用ANSYS有限元软件，对扩翼式节点钢框架和狗骨式节点钢框架进行了塑性阶段的分析对比。比较发现，狗骨式节点框架在整个削弱段上产生了的应力比扩翼式节点钢框架要大，扩翼式节点钢框架比狗骨式节点框架侧移较小，扩翼式节点钢框架在翼缘板圆弧段末端产生的应力较小，说明扩翼式框架在抗震性能有一定程度提高的同时还具有较大的抗侧移刚度，整体承载能力高于狗骨式钢框架。因此，扩翼式节点有效地提高了钢框架的抗震性能，可为钢框架采用翼缘扩翼式抗震节点的工程应用提供理论和试验参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢框架动力特性的研究背景及研究意义
• 1.3 新型梁柱节点及研究现状
• 1.3.1 削弱式节点
• 1.3.2 加强型节点
• 1.4 钢框架拟动力试验的提出、发展与现状
• 1.4.1 钢框架拟动力试验的提出
• 1.4.2 钢框架拟动力试验的发展
• 1.4.3 钢框架拟动力试验的现状
• 1.5 本文研究的目的、意义和主要内容
• 1.6 本章小节
• 第2章 钢框架拟动力实验
• 2.1 拟动力实验原理
• 2.1.1 拟动力实验基本思想
• 2.1.2 拟动力试验步骤
• 2.1.3 拟动力试验的特点
• 2.1.4 数值积分方法选取及其流程
• 2.1.5 拟动力试验误差及其控制措施
• 2.1.6 拟动力试验系统的要求及控制方法
• 2.2 试验模型的设计与制作
• 2.3 试验装置与设备
• 2.3.1 试验加载装置
• 2.3.2 试验数据采集装置
• 2.4 材性试验
• 2.5 地震波的选取
• 2.5.1 地震波的选择原则
• 2.5.2 地震波的调整
• 2.6 本章小结
• 第3章 扩翼型节点钢框架动力特性的实验研究
• 3.1 基底剪力
• 3.2 层间位移
• 3.3 楼层加速度
• 3.4 应变反应
• 3.5 滞回曲线
• 3.6 骨架曲线
• 3.7 本章小结
• 第4章 扩翼型节点钢框架有限元分析
• 4.1 有限元简介
• 4.2 有限元模型
• 4.2.1 单元类型
• 4.2.2 材料参数的选取
• e'>4.2.3 Von Mises应力或者等效应力σ_e
• 4.2.4 材料的屈服准则、流动法则和强化法则
• 4.3 扩翼式节点钢框架的有限元模型的建立
• 4.4 地震时程分析
• 4.4.1 时程分析简介
• 4.4.2 时程分析基本原理
• 4.4.3 时程分析输入的地震波
• 4.5 ANSYS时程分析结果与试验结果的对比
• 4.5.1 层间位移
• 4.5.2 楼层加速度
• 4.5.3 基底剪力
• 4.6 应力分析
• 4.7 振型分解反应谱法与ANSYS时程分析结果的对比
• 4.8 扩翼式节点钢框架与普通、狗骨式节点钢框架ANSY对比
• 4.9 本章小结
• 第5章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文、参加的科研、工程实践及获奖情况
• 致谢