半刚性钢框架动力性能的有限元分析

论文摘要

自Northbridge地震和阪神地震后，半刚性连接钢框架在地震作用下的整体性能成为各国学者研究的一个重要课题。根据已经得到的研究成果可知，双腹板顶底角钢连接具有良好的抗震性能。本文以半刚性连接节点的性能为基础，以半刚性连接钢框架在地震作用下的动力性能为研究对象，应用ANSYS有限元软件，采用3-D实体建模的方法，模拟分析半刚性连接框架在地震作用下的性能。在参考国内外大量文献资料的基础上，借鉴部分学者的研究方法，对双腹板顶底角钢连接钢框架的模态，在地震作用的动力性能进行了数值模拟分析。研究了双腹板顶底角钢连接钢框架的模态，在地震力作用下的变形特点、荷载一位移滞回曲线、节点的受力和变形特点。研究结果表明，双腹板顶底角钢连接钢框架在地震作用下具有良好的滞回性能，结构的塑性变形开始于顶底角钢，节点的半刚性主要体现在顶底角钢上。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 半刚性钢框架的研究状况回顾
• 1.2.1 钢框架半刚性连接本身的性能
• 1.2.2 半刚性连接钢框架的试验研究
• 1.2.3 半刚性连接钢框架的理论研究
• 1.2.4 各国规范中的相关规定
• 1.3 本文研究的意义及目的
• 1.4 论文内容安排
• 第二章 半刚性钢框架
• 2.1 框架结构分类
• 2.2 半刚接钢框架的特点
• 2.3 钢结构连接的分类
• 2.4 半刚性连接的研究方法
• 2.5.1 实验方法
• 2.5.2 理论研究
• 2.5.3 有限元法
• 2.6 半刚性连接的数学模型
• 2.6.1 线性模型
• 2.6.2 多项式模型
• 2.6.3 三次B样条模型
• 2.6.4 指数函数模型
• 2.6.5 幕函数模型
• 2.6.6 双腹板顶底角钢螺栓连接三参数幂函数模型
• 2.6.6.1 初始连接刚度的确定
• u'>2.6.6.2 极限弯矩承载力M_u
• 第三章 数值模拟试验分析的理论基础
• 3.1 数值模拟试验研究概述
• 3.2 数值模拟分析的理论基础
• 3.2.1 基本假定
• 3.2.2 单元类型
• 3.2.3 几何非线性
• 3.2.4 材料非线性
• 3.2.5 单元刚度矩阵
• 3.2.6 非线性方程组求解
• 3.2.7 极限承载力判断
• 第四章 双腹板顶底角钢节点受力性能的数值分析
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.1.1 本文采用的单元属性的定义
• 4.1.2 材料的本构模型选取
• 4.1.3 几何模型
• 4.1.4 有限单元的划分
• 4.1.5 定义接触单元
• 4.1.6 设定对称约束
• 4.1.7 施加螺栓预紧力
• 4.1.8 求解设定
• 4.1.9 本章小节
• 第五章 双腹板顶底角钢框架的模态分析
• 5.1 模态分析理论
• 5.2 自振特性
• 5.3 结果分析
• 第六章 双腹板顶底角钢框架的时程分析
• 6.1 时程分析计算要点
• 6.2 地震波的选取
• 6.3 半刚性钢框架在弹塑性阶段的地震响应及时程分析
• 6.3.1 半刚性钢框架整体位移和基底反力在弹塑性阶段的地震响应
• 6.3.2 半刚性钢框架节点在弹性阶段的地震响应
• 第七章 结论与展望
• 7.1 基本结论
• 7.2 待改进的问题
• 参考文献