加固改造中螺杆连接节点受力性能研究

论文摘要

随着城市经济的发展，为了适应新的使用功能，许多建筑需要进行改造以获取更大的经济效益和社会效益。在原有建筑物内增设钢结构夹层是常见的一种增层改造方式。由于抗震规范的发展，旧建筑进行改造时需要按现行抗震规范抗震加固。本文提出了一种新型抗弯节点来解决此问题，并对该节点进行了试验研究和有限元分析。首先，在分析评价一般梁柱节点抗震性能的基础上，参考钢框架中半刚性节点的设计思想开发设计出一种半刚性的螺杆连接节点连接新增钢梁与旧混凝土柱。该节点一方面能够用来连接新增结构，另一方面又能够起到对原有结构的加固作用，预期实现加层与加固的有机结合。为了研究节点的强度、刚度、破坏模式和抗震性能，设计并制作了一个全尺寸试件进行了试验研究。在同济大学土木工程防灾国家重点试验室进行了低周反复荷载拟静力试验。为了进一步认识节点的受力机理，采用ANSYS软件对节点建立有限元模型进行了有限元分析。理论分析结果和试验结果吻合良好。在试验和有限元分析的基础上，对节点设计进行优化，对节点性能的重要影响因素：端板厚度、螺栓预拉力进行了深入研究，针对节点刚度不足提出了改良方法。分析结果表明改良方法可行，该节点连接方法对实际加固改造工程有较好的参考价值。最后，本文给出了螺杆连接节点的设计建议，并提出了后续研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 建筑行业发展的时代特色
• 1.1.1 建筑业的国民经济支柱地位
• 1.1.2 建筑业发展中存在的问题
• 1.1.3 现代建筑业的发展规律
• 1.2 建筑物的加固改造
• 1.2.1 我国建筑物加固改造的现状
• 1.2.2 建筑物加固改造的意义与发展前景
• 1.2.3 建筑物加固改造的方法
• 1.3 建筑物的增层改造
• 1.3.1 建筑物增层改造的意义
• 1.3.2 房屋增层改造应遵循的原则
• 1.3.3 增层改造的类型
• 1.3.4 建筑物增层改造的发展前景
• 1.4 本文的研究背景
• 1.5 本文的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 框架节点性能分析
• 2.1 概述
• 2.2 节点
• 2.2.1 钢框架节点
• 2.2.2 钢筋混凝土框架节点
• 2.3 节点的受力性能分析
• 2.4 节点的变形机理分析
• 2.5 加固改造中框架半刚性节点
• 2.6 节点性能的研究方法
• 2.7 本章小结
• 第3章 螺杆连接节点的设计
• 3.1 概述
• 3.1.1 套筒连接节点
• 3.1.2 端板半刚性连接节点
• 3.2 加固改造中梁柱节点的一般处理方法
• 3.2.1 框架节点加固方法
• 3.2.2 梁柱连接节点的处理方案
• 3.3 螺杆连接节点的提出
• 3.4 本章小结
• 第4章 螺杆连接节点低周反复荷载试验
• 4.1 概述
• 4.2 试验设计
• 4.2.1 试件设计
• 4.2.2 试件制作及材料特性
• 4.2.3 试验装置
• 4.2.4 测点布置
• 4.2.5 加载方式
• 4.3 试验过程及现象
• 4.4 试验结果及分析
• 4.4.1 节点的受力性能
• 4.4.2 节点的抗震性能
• 4.5 本章小结
• 第5章 螺杆连接节点有限元分析
• 5.1 非线性有限元分析理论
• 5.1.1 数值模拟技术
• 5.1.2 有限单元法
• 5.1.3 弹塑性力学基本理论
• 5.2 有限元数值模拟分析关键问题
• 5.2.1 材料的本构关系
• 5.2.2 材料的屈服准则与失效准则
• 5.2.3 钢筋的模拟
• 5.2.4 高强螺杆的模拟
• 5.2.5 钢梁受压翼缘的模拟
• 5.2.6 混凝土裂缝的处理
• 5.2.7 非线性问题求解
• 5.3 节点有限元分析模型的建立
• 5.3.1 单元的选取和划分
• 5.3.2 加载及边界条件
• 5.4 有限元计算结果
• 5.4.1 构件变形
• 5.4.2 承载力
• 5.4.3 应力应变分布
• 5.4.4 混凝土开裂情况
• 5.5 本章小结
• 第6章 螺杆连接节点探讨
• 6.1 有限元与试验结果分析比较
• 6.1.1 节点分析关键指标
• 6.1.2 有限元与试验结果对比
• 6.2 螺杆连接节点性能影响参数
• 6.2.1 端板厚度
• 6.2.2 高强螺杆预拉力
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论和建议
• 7.1 结语
• 7.1.1 螺杆连接节点试验研究与分析
• 7.1.2 螺杆连接节点有限元研究与分析
• 7.1.3 螺杆连接节点分析结论
• 7.1.4 螺杆连接节点性能优化
• 7.2 建议
• 7.2.1 螺杆连接节点设计方法建议
• 7.2.2 有待后续研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果