钢框架梁翼缘削弱型节点分析研究

论文摘要

在美国和日本发生的两次地震中大量的刚性梁柱节点出现了脆性破坏,梁并未有明显或没有发生塑性变形。为了改进梁柱节点的受力性能,国内外研究人员提出翼缘削弱型节点,该节点能有效的把最先发生在普通刚性节点的塑性铰移到梁内,使构件的破坏要先于节点破坏。本文针对梁翼缘削弱型节点的研究现状,应用背景,设计原理进行了论述。对几种翼缘削弱型节点进行了分析验证。对梁翼缘削弱型节点开展了试件的试验和数值模拟分析。本文加工制作六组试件。对于翼缘削弱型节点,根据削弱参数(削弱起始位置至柱翼缘距离a,削弱的长度b,削弱的深度c)不同,制作五组翼缘削弱型节点。为了对比翼缘削弱型节点的试验现象及分析结果,制作一个普通的刚性节点试件。通过对整个试验现象的研究,观察到翼缘削弱型节点能有效的把塑性铰转移到梁构件上,从而使梁构件的破坏先于节点的破坏。同时,在翼缘削弱型节点和普通节点的滞回曲线上观察到,翼缘削弱型节点的耗能系数大,能实现耗散水平地震力的要求。本文通过有限元分析软件ANSYS,按照试验的试件尺寸建立足尺寸的模型,进行数值分析和研究。在有限元软件ANSYS的分析中,取出七条关键应力路径进行研究。ANSYS的分析结果验证翼缘削弱型节点的应力重分布能有效缓解梁柱焊缝处的应力,使最大应力转移到梁柱的削弱部位,从而达到保护节点的目的。通过对试验结果和数值分析结果的对比分析,依据研究选取曲线的发展中间部分,在对比结果中,两种结果的数值能较好的吻合和一致性。本文的研究结果可以为今后梁翼缘削弱型节点的研究和工程应用提供参看和实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 翼缘削弱型节点的发展及研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 翼缘削弱型节点的设计原理
• 1.5 翼缘削弱型的设计
• 1.6 论文的主要研究内容
• 第2章 翼缘削弱型节点试验研究
• 2.1 试验目的
• 2.1.1 试验准备
• 2.1.2 试件设计
• 2.1.3 试件加工
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试验装置
• 2.2.2 试验观测
• 2.2.3 试件加载
• 2.3 试验过程
• 2.3.1 试验现象描述
• 2.3.2 破坏形式
• 2.4 试验分析
• 2.4.1 P-δ滞回曲线
• 2.4.2 延性系数
• 2.5 本章小结
• 第3章 数值分析
• 3.1 有限单元法简介
• 3.1.1 有限元法的基本思想
• 3.1.2 有限元法的特点
• 3.1.3 有限元法分析软件ANSYS
• 3.2 模型建立
• 3.2.1 钢材的本构模型
• 3.2.2 计算模型
• 3.2.3 有限元模型
• 3.2.4 边界条件和加载制度
• 3.2.5 有限元求解器的设置
• 3.3 分析结果
• 3.3.1 梁端位移为5mm的弹性阶段
• 3.3.2 梁端位移为4mm的弹塑性阶段
• 3.3.3 承载力分析比较
• 3.3.4 节点耗能性能
• 3.3.5 结论
• 3.4 本章小结
• 第4章 数值分析和试验结果对比
• 4.1 引言
• 4.2 数值分析
• 4.2.1 模型的加载
• 4.2.2 模型分析结果
• 4.3 数值分析和试验结果对比
• 4.4 结论
• 第5章 结论
• 5.1 结论
• 5.2 研究工作中存在的问题与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文、参加的科研工作
• 致谢