框架梁柱节点性能研究之测试方法与边界条件的分析

论文摘要

节点是框架的重要组成部分,近三十年来,国内外进行了大量的节点性能试验、理论分析和有限元模拟。分析国内外的研究成果,可以发现存在一些问题:节点试验的测试方法和试验条件缺乏标准;处理试验数据和选择M—θ模型的多元化和非确定性;有限元分析中建模、接触处理等差异和所带来的影响很难评估;各种计算节点初始刚度和承载力公式的合理性和适用性的验证问题。这些问题说明需要建立一套包括试验研究和理论分析、有限元模拟的框架节点性能研究标准方法,才能实现科研资源的节约优化,实现节点性能研究的系统化。本文首次系统地对节点性能的测试方法和试验边界条件进行研究,初步建立节点性能研究的标准测试方法体系,对试验边界条件设置提出推荐性做法。在测试方法研究中,首先,对国内外既有节点性能测试方法进行了系统分析,总结存在的问题。其次,提出“梁—柱变形位移”的概念,探讨由梁—柱变形位移推算结构分析所需的连接相对转角的方法。接着,通过简支梁试验和边节点试验,探讨节点转角测试和节点域剪切变形测试的方法。最后,提出了节点转角和节点域剪切变形测试的推荐性方法,该推荐性方法可纳入“标准方法”的体系。在边界条件研究中,首先分析了既有节点试验中梁、柱边界设置的情况,指出与实际结构存在的差异。其次,对边节点试件设置了三种柱端边界和两种梁端边界,通过试验探讨边界条件、柱轴压力等因素对反映节点性能所造成的影响。接着,利用有限元工具进行更广泛的节点分析,比较边界条件、柱轴压力、梁柱线刚度比等的影响。最后,给出节点试验中边界条件的推荐性做法和建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 本课题的研究意义
• 1.3 论文内容简介
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 既有梁柱节点性能测试方法的分析和探讨
• 2.1 概述
• 2.2 节点转角的定义和组成
• 2.2.1 转角的定义
• 2.2.2 节点域剪切变形
• 2.2.3 转角的组成
• 2.2.4 EC3 节点分类方法的初步探讨
• 2.3 节点转角的测试
• 2.3.1 梁上位移反算转角法
• 2.3.2 梁柱相对变形法
• 2.3.3 倾角差值法
• 2.3.4 平均曲率法
• 2.3.5 位移替代法
• 2.4 节点域变形的量测
• 2.4.1 测试对角线变形的经验公式法
• 2.4.2 张素梅等的测试方法
• 2.5 既有节点性能测试方法存在的问题
• 2.6 小结
• 第三章 节点转角和节点域剪切变形测试方法的试验研究
• 3.1 前言
• 3.2 简支梁模型试验分析
• 3.2.1 试验设计
• 3.2.2 简支梁试验结果分析
• 3.3 剪切变形的测试与分析
• 3.3.1 测试方法
• 3.3.2 测试结果分析
• 3.4 转角测试与分析
• 3.4.1 测试装置的安装
• 3.4.2 转角的计算
• 3.4.3 测试方法的探讨
• 3.5 节点转角和节点域剪切变形测试的推荐性方法
• 3.6 小结
• 第四章 既有节点试验不同边界条件的分析
• 4.1 节点试验的一般问题
• 4.1.1 试件的选取
• 4.1.2 边界条件的模拟
• 4.1.3 加载装置的比较分析
• 4.2 边节点试验装置分析
• 4.2.1 竖向安装时的试验装置
• 4.2.2 水平安装时的试验装置
• 4.3 中间节点（十字型节点）试验装置分析
• 4.3.1 柱端加载的试验装置
• 4.3.2 梁端加载的试验装置
• 4.3.3 X 型加载装置
• 4.4 空间节点试验装置分析
• 4.4.1 美国德克萨斯大学（Texas）的试验装置
• 4.4.2 哈尔滨工业大学韩晓健等采用的试验装置
• 4.4.3 广州珠江外资建筑设计院黄汉炎等采用的试验装置
• 4.5 节点试验装置的建议
• 4.6 小结
• 第五章 节点边界条件的试验研究
• 5.1 概述
• 5.2 试验设计和实施
• 5.2.1 试验目的和试件设计
• 5.2.2 试验装置的设计
• 5.2.3 研究内容
• 5.2.4 试验的基本情况
• 5.3 试验结果分析
• 5.3.1 第二组试件的分析
• 5.3.2 第三组试件的分析
• 5.3.3 对比分析
• 5.3.4 试验对比分析小结
• 5.4 小结
• 第六章 边界条件的有限元模拟分析
• 6.1 概述
• 6.2 节点有限元模拟的现状分析
• 6.3 有限元计算模型
• 6.3.1 本构关系
• 6.3.2 单元类型的选择
• 6.3.3 接触类型的选择
• 6.4 简支梁支座约束模拟分析
• 6.5 边节点的有限元模型和试验验证
• 6.5.1 边节点有限元模型
• 6.5.2 试验验证
• 6.6 边节点有限元分析
• 6.6.1 不同边界条件、不同柱轴压力下的分析
• 6.6.2 不同梁柱线刚度比时的分析
• 6.6.3 有限元分析结论
• 6.7 节点试验中边界条件设置的推荐性做法
• 6.8 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录 A 边节点试验装置和试件加工图
• 致谢
• 个人简历
• 在校期间发表的学术论文