半刚性T型钢梁柱连接在循环荷载作用下的受力性能研究

论文摘要

在结构设计中,为了简化计算,一般将梁柱节点连接假设成完全刚接和理想铰接这两种形式。实际上,大部分梁柱节点连接既不是完全刚接,也不是理想铰接,而是介于两者之间即半刚性连接。T型钢梁柱连接是半刚性连接中刚度最大的一种形式,由T型钢连接件通过高强螺栓将钢梁与钢柱连接起来。这种连接安装简单、造价经济,而且承载力较大,延性较好。目前已初步应用在工程实践中。但是T型钢梁柱连接节点的受力性能在国内的研究比较少,因而研究T型钢梁柱连接节点在循环荷载作用下的破坏机理并提出抗震设计对策和建议,可以补充国内研究数据,也为实际工程提供指导。本文在前人研究的基础上对半刚性T型钢梁柱连接节点进行了循环加载试验研究。在循环加载试验中,探讨了T型钢尺寸对连接滞回性能的影响。试验结果表明:T型钢连接具有良好的延性。增加T型钢厚度,能提高连接的强度和延性。并采用考虑非线性的有限元方法对节点进行循环荷载作用下的受力性能的分析。对比验证有限元计算结果和试验结果之后,重点分析了节点的刚度、承载能力、关键部位的应力分布和破坏机理;并系统地分析了16个系列共43个试件的滞回性能;探讨了T型钢的尺寸、梁的尺寸、柱的尺寸、螺栓的间距、直径及级别、预拉力、材料强度、摩擦系数、加劲肋等参数变化对梁柱连接节点滞回性能的影响,绘制出节点的弯矩—转角关系曲线,得出系列结论。有限元分析表明:T型钢的尺寸、T型钢翼缘上的螺栓的竖向间距对连接的滞回性能影响比较大;其他因素影响相对较小。最后,根据试验和有限元研究结果,对T型钢梁柱连接提出抗震对策和设计建议。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 梁柱连接分类
• 1.2.1 美国钢结构协会的容许应力设计规范（AISC-ASD，1989）分类
• 1.2.2 美国荷载抗力系数设计规范（AISC-LRFD，1999）分类
• 1.2.3 欧洲规范EC3 分类
• 1.2.4 Bjorhovde 等分类
• 1.2.5 中国规范
• 1.3 半刚性梁柱连接分类
• 1.4 半刚性梁柱连接特性
• 1.4.1 弯矩-转角曲线模型
• 1.4.2 初始转动刚度
• 1.4.3 极限弯矩承载力
• 1.4.4 破坏状态
• 1.5 T 型钢梁柱连接的研究
• 1.5.1 试验研究
• 1.5.2 理论研究
• 1.5.3 有限元研究
• 1.6 本文的研究内容和方法
• 1.6.1 前人研究的不足
• 1.6.2 本文的研究工作
• 第二章 半刚性 T 型钢梁柱连接的滞回性能试验研究
• 2.1 试验概况
• 2.1.1 试件设计
• 2.1.2 试验装置
• 2.1.3 加载方案
• 2.1.4 试验测试内容和测试仪器
• 2.2 试验现象
• 2.2.1 T-0 试验现象
• 2.2.2 T-1 试验现象
• 2.3 试验结果及结果分析
• 2.3.1 试验结果
• 2.3.2 结果分析
• 第三章 半刚性 T 型钢梁柱连接节点的有限元分析
• 3.1 三维非线性有限元基本理论
• 3.1.1 有限变形的U.L 格式
• 3.1.2 弹塑性强化本构关系
• 3.1.3 非线性问题
• 3.1.4 接触问题
• 3.2 有限元建模基本过程
• 3.2.1 有限元模型的建立
• 3.2.2 单元的选取
• 3.2.3 材料特性
• 3.2.4 网格划分
• 3.2.5 边界条件与加载过程
• 3.2.6 求解设定
• 3.2.7 破坏准则
• 3.2.8 后处理
• 3.3 有限元计算结果与试验结果的对比
• 第四章 T 型钢梁柱连接节点的受力性能研究
• 4.1 概述
• 4.2 BASE 试件设计
• 4.3 BASE 试件受力性能及破坏机理
• 4.3.1 BASE 试件单向加载性能
• 4.3.2 BASE 试件循环加载性能
• 4.4 衍生试件的节点滞回性能分析
• 4.4.1 TFT 系列试件
• 4.4.2 TWT 系列试件
• 4.4.3 CFT 系列试件
• 4.4.4 CWT 系列试件
• 4.4.5 CH 系列试件
• 4.4.6 BFT 系列试件
• 4.4.7 BWT 系列试件
• 4.4.8 BH 系列试件
• 4.4.9 BL 系列试件
• 4.4.10 BOG 系列试件
• 4.4.11 BOD 系列试件
• 4.4.12 BOS 系列试件
• 4.4.13 BP 系列试件
• 4.4.14 MAT 系列试件
• 4.4.15 FC 系列试件
• 4.4.16 ST 系列试件
• 4.5 本章小结
• 结论和建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间发表的论文目录