托梁拔柱节点试验研究与理论分析

论文摘要

节点研究一直是钢结构研究中的重点。根据节点处传递荷载的情况、所采用的连接方法及其细部构造,按照节点的力学特性,可分为刚性节点、半刚性节点和铰接节点。目前国内对于节点的研究主要集中在半刚性节点领域,对铰接节点涉及较少,同时尚没有明确的关于工程实际中铰接节点的判定标准。本文以天津钢管公司460管加工车间托梁拔柱工程为背景,围绕其中的新型改造节点—托梁拔柱节点进行了以下几方面的试验研究和理论分析工作。简述了节点设计原则,分析了节点研究现状,简介了本文选题的工程背景,提出了本文的主要工作。介绍了节点的连接方法以及国内外的节点连接分类标准,并根据本文所研究的方向,着重介绍并分析了五种工程中常见的铰接节点的连接形式及优缺点,为本文的研究工作奠定了理论基础。结合工程背景提出了托梁拔柱节点改造的形式和构造,在ANSYS里建立改造节点缩尺模型,重点考虑了柱头板对于提高节点承载力的有利影响,运用非线性有限元法对节点进行理论分析,明确了节点的破坏形态,得到了节点的理论承载力,为试验提供了参考依据。为了对改造后节点的实际性能有更为深入的了解,设计并进行了改造节点缩尺模型的拟静力试验。对节点的滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数、刚度退化系数等指标进行了详细分析,并与有限元结果进行对比,说明同刚性节点相比,改造后节点的耗能能力差,刚度退化严重,表明改造后的托梁拔柱节点具有明显的铰接特性。根据上述理论分析和试验研究,提出了简化的节点弹簧模型,得到了节点转动刚度与梁柱间有效连接长度的关系,并据此对节点进行了有限元优化,分析研究不同改造方式对节点性能的影响,进一步得出了二者间的定量关系。采用了EC3和Bjorhovde两种方法确定了托梁拔柱节点的类别,结果表明,改造后的托梁拔柱节点属于铰接节点。并进一步根据上述研究成果,提出在工程实际中,当节点的转动刚度占原刚性节点的25%以下时,节点即可视为铰接节点的判定标准。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 节点研究现状
• 1.3 选题背景
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 节点分类及形式研究
• 2.1 节点连接方法
• 2.2 国内节点分类方法
• 2.3 国外节点分类方法
• 2.4 工程中常见的铰接节点形式及优缺点
• 2.5 本章小结
• 第三章 托梁拔柱节点理论分析
• 3.1 托梁拔柱节点构造
• 3.2 非线性有限元分析法概述
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.4 理论分析结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 托梁拔柱节点试验研究
• 4.1 试验概述
• 4.2 节点试验方案
• 4.3 节点静力试验
• 4.4 节点拟静力试验
• 4.5 节点抗震性能分析
• 4.6 试验与有限元结果对比分析
• 4.7 说明及误差分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 节点优化分析及刚性分类
• 5.1 节点优化分析
• 5.2 节点刚性分类
• 5.3 铰接节点判定标准建议
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢