附加填板钢梁端板连接节点力学性能研究

论文摘要

1994年的Northridge地震和1995年的阪神地震引起了工程技术人员对端板连接的再审视。端板连接是一种具有一定柔性的连接形式,当结构采用这种节点时,可以增加结构的阻尼,延长结构自振周期,减小震幅,从而降低震害,是抗震的理想选择之一。为了避免和减小地震灾害,分析端板连接的破坏机理并提出抗震设计对策和建议,具有重要的理论和工程意义。端板连接在工程应用中往往由于加工误差和螺栓排列不合理导致端板连接间存在较大间隙,附加填板是一种简便的弥补方法,但现行规范没有涉及附加填板端板连接的设计方法和构造措施。课题旨在通过数值模拟和足尺试件对比试验研究这种弥补方法的工程可应用性。同时,课题简单讨论了螺栓预拉力损失对端板连接力学性能的影响。采用三维非线性(包括材料、几何与状态非线性)有限元对比分析了不同填板厚度、填板数量和螺栓预拉力损失对端板连接静力极限荷载的影响,重点分析了连接中端板、填板、螺栓等关键部位的应力。端板与端板之间、端板与填板之间、填板与填板之间、螺栓头(帽)与相邻板件之间、螺栓杆与孔壁之间都设置了反映边界状态的接触单元。为了研究端板连接在低周反复荷载下的滞回性能,进行了6组端板连接试件的循环加载试验。试验共分3部分:钢板单向拉伸试验,连接抗滑移系数试验和端板连接循环加载试验。在循环加载试验中对比了不同填板厚度和数量对连接性能的影响以及端板连接抗震性能的补强措施。在数值分析和试验的基础上,结合天津某工程实例分析了附加填板端板连接在均布荷载、风荷载和地震荷载作用下对刚架整体力学性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 端板连接的应用及形式
• 1.2 端板连接的研究现状
• 1.2.1 单向加载试验研究
• 1.2.2 循环加载试验研究
• 1.2.3 有限元分析
• 1.3 本文的研究内容
• 第2章 端板连接节点的受力性能及设计方法
• 2.1 我国现行规范端板连接的设计方法
• 2.1.1 螺栓受力分布
• 2.1.2 高强螺栓承载力验算
• 2.1.3 端板厚度的计算
• 2.1.4 构件腹板与端板相连处的强度验算
• 2.1.5 节点域抗剪验算节点焊缝的设计
• 2.2 端板节点在门式刚架结构中的应用
• 2.2.1 根据需要选择端板连接形式
• 2.2.2 根据需要选择梁柱节点端板形式
• 2.2.3 节点计算假设
• 2.2.4 节点设计极限弯矩的计算方法
• 2.3 节点各部分对节点抗弯性能的影响
• 2.3.1 节点抗弯性能的影响因素
• 2.3.2 端板厚度对节点抗弯性能的影响
• 2.3.3 螺栓的连接形式
• 2.3.4 梁柱材料
• 2.3.5 加劲肋
• 2.4 端板连接安装施工中的误差探讨
• 2.4.1 钢梁长度加工误差
• 2.4.2 螺栓排列不合理
• 2.4.3 高强螺栓预拉力的施工误差
• 2.5 本章小结
• 第3章 端板连接性能的有限元分析
• 3.1 有限元试件设计
• 3.1.1 试件描述
• 3.1.2 材料参数
• 3.1.3 单元类型选择和单元划分
• 3.1.4 施加约束及加载
• 3.2 有限元计算结果分析
• 3.2.1 螺栓预拉力对节点静力极限荷载的影响
• 3.2.2 填板厚度和填板数量对节点静力极限荷载的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 循环加载试验研究
• 4.1 材性试验
• 4.2 抗滑移系数试验
• 4.3 端板连接循环加载试验
• 4.3.1 试件描述
• 4.3.2 试验装置
• 4.3.3 量测内容及方法
• 4.3.4 加载方式
• 4.3.5 试验结果
• 4.3.6 滞回性能
• 4.4 试验总结
• 第5章 应用附加填板节点的刚架整体分析
• 5.1 工程概述
• 5.2 有限元分析
• 5.2.1 有限元试件描述
• 5.2.2 材料参数
• 5.2.3 有限元分析前处理
• 5.3 有限元计算结果分析
• 5.3.1 均布荷载作用下有限元分析
• 5.3.2 风荷载作用下有限元分析
• 5.3.3 地震荷载作用下有限元分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介