边界约束和加载点位置对节点性能的影响

论文摘要

节点是框架的重要组成部分,节点的设计是框架设计的关键环节。孤立地进行节点试验有一定的局限性和不真实感。最好的办法是进行整个框架的试验研究以观察节点的性能。但是,这在经济上往往是不可取的,在技术上难度较大,有时甚至是不可能的。因此目前的节点研究,不论国内还是国外仍多采用模拟的办法,即从框架中取出一个组合体(包括一定范围的柱、梁、板和节点在内),或称之为脱离体,对这个组合体施加结构中所受到的各种荷载,是节点的应力状态得到反映,以达到试验研究的目的。然而节点从框架中分离出来,就涉及到各种边界与荷载的处理问题。不同的边界处理和加载点位置,使得节点性能有所变化。本文首先全面地研究节点柱边界约束对节点性能的影响,分析柱边界约束弯矩对节点域变形影响的计算公式。接着从试验和有限元方面研究了节点柱边界约束对节点性能的影响。试验中制作了3个节点进行模型单调加载试验,节点的柱边界分别用单向铰、圆轴夹持和宽板夹持3种处理方法,夹持板宽100mm,分析不同柱边界处理下节点性能的差异。同时借助ABAQUS有限元对试验中的模型进行模拟分析。试验和有限元结果证明单向铰与圆轴夹持的柱边界处理类似与铰接,几乎不能传递弯矩,而宽板夹持则能传递一定的弯矩值,属于半刚接,但是还不完全是固定约束。文章最后还分析摩擦力对单向铰柱约束的影响,宽板夹持边界处理中的不同夹板宽对支座的约束效果和梁上集中荷载位置对节点板剪切变形的影响。得到了摩擦力对单向铰支座影响很微小和宽板夹持边界的约束弯矩是随着板宽增大而变化率不断增大的结论以及集中荷载在沿梁长的加载点位置对节点板剪切变形影响很大的结论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景与意义
• 1.2 国内外对节点试验和有限元计算所作的边界条件研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 常规节点试验和有限元分析中对边界处理存在的问题
• 1.3 节点支座的分类与构造原理
• 1.3.1 节点支座分类
• 1.3.2 节点支座的构造原理
• 1.4 本论文主要解决的问题
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 拟解决的关键技术以及解决方法
• 第2章 支座边界对节点力学性能的影响
• 2.1 前言
• 2.2 支座约束条件对钢框架节点的节点域板剪切变形的影响
• 2.2.1 节点模型选定
• 2.2.2 支座约束对节点域剪切变形的影响
• 2.3 支座约束条件对钢框架节点节应力应变和挠度的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 试验研究不同边界处理和加载点位置对节点性能的影响
• 3.1 前言
• 3.2 节点试验方案
• 3.2.1 试验目的
• 3.2.2 试件的设计与制作
• 3.2.3 材料性能试验
• 3.2.4 加载方案
• 3.2.5 试验设备装置
• 3.2.6 测试方法
• 3.2.7 试验结果分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 有限元研究不同边界处理和加载点位置对节点性能的影响
• 4.1 概述
• 4.2 ABAQUS 软件简介
• 4.2.1 单元类型
• 4.2.2 单元网格
• 4.2.3 接触类型
• 4.3 ABAQUS 有限元分析全焊接钢框架边节点不同边界条件的处理
• 4.3.1 不同边界处理的有限元模型
• 4.3.2 有限元模型采用的钢材本构关系与流动准则
• 4.3.3 有限元模型采用的单元类型与接触属性[27]
• 4.3.4 有限元模型的确认
• 4.3.5 不同边界处理的有限元计算结果分析
• 4.4 对单向铰与厚板夹持边界处理节点做进一步探讨
• 4.4.1 摩擦力对T－1 试件的影响
• 4.4.2 夹板宽对T－3 试件的影响
• 4.4.3 T－3 与T－4 节点的比较
• 4.5 集中荷载加载点对节点板剪切变形影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本论文的主要结论与建议
• 5.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文