钢框架加强型延性节点抗震性能分析

论文摘要

钢框架加强型延性节点是近几年来国内外专家研究地越来越多的新型梁柱连接节点，其工作原理是在距离梁端柱翼缘表面一定范围内将梁翼缘局部扩大，使钢框架的塑性铰在远离梁柱连接焊缝的梁翼缘上形成，达到塑性铰外移的设计目的，有效地保护梁柱节点的薄弱部位，提高结构的延性性能，避免发生脆性破坏，实现抗震规范中“强节点弱构件”的设计思想。本文针对钢框架侧板加强型、直接扩翼型、盖板加强型、翼缘板加强型4种加强型延性节点及普通栓焊节点开展了试验研究和ANSYS有限元数值模拟工作，主要内容包括：1、设计制作13个缩尺比例为1/2的模型试件进行低周往复荷载作用下的试验研究，加载过程中试件均没有出现整体失稳现象，加强型延性节点均能够有效地将塑性铰转移到远离梁端的位置，滞回曲线饱满，并且具有较强的延性和耗能能力，抗震性能比普通栓焊节点有大幅提高；梁端加强部位的几何参数对节点的力学性能及抗震性能均有明显影响。随着梁端翼缘加强长度和厚度的增加，节点的极限承载力有所提高，但滞回性能、延性性能和耗能能力均有所降低。2、采用ANSYS有限元分析软件建立25个非线性有限元数值模型，分析各模型在循环荷载作用下破坏形态、应力分布规律、极限承载力、滞回性能、延性性能、耗能性能等。结果表明：有限元模拟与试验研究结果取得了较好的一致性；加强型延性节点能够有效提高节点的承载力，与普通栓焊节点相比具有更好的延性性能及滞回性能；梁翼缘加强参数对节点的力学性能及抗震性能影响明显，建议侧板加强板直线段的长度取（0.33-0.93）倍梁翼缘宽度，宽度取（0.2-0.33）倍梁翼缘宽度；直线扩翼段的长度取（0.55-0.95）倍梁翼缘宽度，宽度取（0.2-0.33）倍梁翼缘宽度；盖板加强板的长度取（0.5-0.85）倍梁高；厚度取（0.7-1.0）倍梁翼缘厚度；翼缘板加强板的长度取（0.5-0.8）倍梁高，厚度取（1.0-1.3）倍梁翼缘厚度。3、以低周往复荷载作用下节点的极限承载力相等为前提，分别设计侧板加强型、直接扩翼型、盖板加强型、翼缘板加强型节点模型的梁翼缘加强参数，并建立有限元模型进行力学性能、抗震性能、退化特性等方面的分析，综合探讨不同构造形式加强型延性节点的性能优劣，为钢框架节点的抗震设计及新型节点在实际工程中的应用提供有价值的参考依据。4、通过钢框架加强型延性节点的工程应用设计实例，详细说明不同结构形式加强型节点的设计过程，为加强型延性节点在实际工程中的应用提供更直观可靠的理论依据及设计参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢结构加强型延性节点的构造形式
• 1.2.1 翼缘扩大型节点
• 1.2.2 板式加强型节点
• 1.2.3 肋板加强型节点
• 1.2.4 加腋型节点
• 1.3 近年来世界各国对钢结构梁柱加强型节点的研究
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文的研究目的、内容及方法
• 第二章 加强型节点的试验结果分析
• 2.1 加强型节点设计方法
• 2.1.1 梁端扩大型节点的设计方法
• 2.1.2 板式加强型节点的设计方法
• 2.2 试验介绍
• 2.2.1 材性试验
• 2.2.2 试验装置及加载制度
• 2.3 试验现象
• 2.3.1 侧板加强型节点
• 2.3.2 直接扩翼型节点
• 2.3.3 盖板加强型节点
• 2.3.4 翼缘板加强型节点
• 2.4 试验结果
• 2.4.1 梁端荷载-位移滞回曲线
• 2.4.2 梁纵向应变分析
• 2.4.3 梁端塑性转角和总转角
• 2.4.4 骨架曲线和节点承载力
• 2.4.5 等效粘滞阻尼系数
• 2.4.6 延性系数
• 2.4.7 试验结果综合分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 加强型节点有限元分析与试验验证
• 3.1 有限元建模
• 3.1.1 单元类型选取
• 3.1.2 材料属性定义
• 3.1.3 网格划分
• 3.1.4 边界条件及加载
• 3.2 有限元分析与试验验证
• 3.2.1 破坏形态对比
• 3.2.2 滞回曲线
• 3.2.3 梁端塑性转角和总转角
• 3.2.4 骨架曲线和节点承载力
• 3.2.5 等效粘滞阻尼系数
• 3.2.6 延性系数
• 3.3 本章小结
• 第四章 不同加强型延性节点性能综合对比
• 4.1 不同形式加强型延性节点参数
• 4.2 破坏形态
• 4.3 应力分布规律
• 4.3.1 应力路径 1
• 4.3.2 应力路径 2
• 4.3.3 应力路径 3
• 4.3.4 应力路径 4
• 4.3.5 应力路径 5
• 4.4 滞回性能分析
• 4.5 延性性能分析
• 4.5.1 骨架曲线
• 4.5.2 延性系数
• 4.6 耗能能力分析
• 4.6.1 塑性转角与总转角
• 4.6.2 等效粘滞阻尼系数
• 4.7 退化特性分析
• 4.7.1 单调加载荷载位移曲线
• 4.7.2 刚度退化
• 4.7.3 强度退化
• 4.8 经济指标评价
• 4.9 综合性能评价
• 4.10 本章小结
• 第五章：钢框架加强型延性节点设计实例
• 5.1 设计条件及说明
• 5.2 截面初选
• 5.2.1 主梁
• 5.2.2 框架柱
• 5.3 内力计算
• 5.4 节点设计
• 5.4.1 侧板加强型节点
• 5.4.2 直接扩翼型节点
• 5.4.3 盖板加强型节点
• 5.4.4 翼缘板加强型节点
• 5.5 本章小结
• 第六章：结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 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、工程实践及获奖情况
• 致谢