冷弯薄壁型钢梁柱节点的抗震性能研究

论文摘要

冷弯薄壁型钢具有较高的强度重量比,能根据需要生产出材料分布最优的合理截面形式。若用做多层或低层钢结构建筑的主要承力构件,将会产生很高的经济效益。目前国内外关于冷弯薄壁型钢梁柱节点的研究主要为梁单向受荷,对抗震性能研究较少,因此本文的抗震性能研究具有一定的现实意义。本文采用试验研究、理论分析、非线性有限元分析相结合的方法,通过对6个足尺寸冷弯薄壁C型钢组合梁柱节点在周期荷载作用下的试验,研究了该节点在低周反复荷载作用下各连接组件板域的应变分布以及节点板厚度、螺栓间距对节点受力性能的影响。由试验数据分析得出:各构件承载力退化系数大部分大于0.9,承载力退化稳定,承载力随螺栓间距的加大呈递增趋势;当螺栓间距从160mm～200mm变化时,节点刚度稳步降低。从200mm～240mm变化时,初期的刚度降低远远大于后期;同其它钢节点相比,耗能性能基本持平。利用有限元软件ANSYS建立了冷弯型钢梁柱抗弯节点的三维参数化有限元模型,考虑节点板厚度、螺栓间距变化,进行了6个实体模型试件、6个扩展模型试件的有限元分析。结果表明骨架曲线和试验值吻合较好,同时得出了相对于梁柱尺寸最佳节点板匹配厚度。本文研究成果可为今后冷弯薄壁型钢节点在工程中应用提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 冷弯型钢发展现状
• 1.2 冷弯型钢住宅体系的特点及应用
• 1.3 国内外对半刚性连接节点的研究概况
• 1.3.1 普通钢结构半刚性连接节点的研究
• 1.3.2 冷弯薄壁型钢半刚性连接节点的研究
• 1.4 本文的主要内容
• 2 C型钢梁柱抗弯节点的试验
• 2.1 试验概况
• 2.2 试验方案的确定
• 2.3 试件设计与制作
• 2.4 材性试验
• 2.4.1 节点板材性试验
• 2.4.2 梁柱（冷弯C型钢）材性试验
• 2.4.3 连接抗滑移系数试验
• 2.4.4 材性试验分析总结
• 2.5 试验加载装置与加载制度
• 2.5.1 试验加载装置
• 2.5.2 试验加载制度
• 2.5.3 试验终止条件
• 2.6 试验测定内容、装置和数据采集方法
• 2.6.1 量测内容
• 2.6.2 测点编号与位置
• 2.6.3 量测方法和装置
• 2.7 试验现象和试验结果
• 2.7.1 试验现象
• 2.7.2 滞回曲线
• 2.7.3 骨架曲线
• 2.8 C型钢梁柱抗弯节点抗震性能分析
• 2.8.1 承载力退化
• 2.8.2 螺栓间距对承载力的影响
• 2.8.3 刚度退化
• 2.8.4 耗能指标
• 2.9 延性
• 2.10 试验小结
• 3 C型钢梁柱抗弯节点的有限元模拟
• 3.1 有限元分析目标
• 3.2 有限元分析建模
• 3.2.1 单元类型
• 3.2.2 材料特性的定义
• 3.3 梁柱节点有限元模型的建立
• 3.3.1 几何模型的建立
• 3.3.2 边界约束的施加
• 3.3.3 加载制度
• 3.3.4 求解过程的设定
• 3.3.5 数据的后处理
• 3.4 ANSYS有限元模拟结果
• 3.4.1 高强螺栓模拟结果分析
• 3.4.2 各构件试验结果分析
• 3.4.3 各构件骨架曲线试验和程序对比分析
• 3.5 ANSYS有限元扩展模拟分析
• 3.5.1 扩展模拟各构件的受力情况分析
• 3.5.2 螺栓间距为200mm时对应2mm钢板分析结果
• 3.5.3 螺栓间距为200mm时对应8mm钢板分析结果
• 3.5.4 分析结果数据对比
• 3.6 模拟小结
• 4 结论和展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢