双腹板、顶底角钢半刚性连接的受力性能研究

论文摘要

高层建筑钢结构的结构形式很多,其中钢框架结构是高层建筑钢结构中最基本的一种结构形式。通常在设计钢结构框架时,都将框架的连接节点考虑成刚度无穷大的刚性节点或刚度为零的铰接节点。虽然这种理想化假设简化了钢框架的分析和设计过程,但采用理想的连接模型在很多情况下是不合理的,也不能反映结构工作的实际情况。因此,在钢框架的分析和设计过程中应充分考虑半刚性连接节点的影响。本文首先介绍了国内外有关半刚性连接的研究概况、水平和发展趋势,提出了目前的研究工作存在的主要问题及实际的研究价值,探讨了双腹板、顶底角钢半刚性连接的初始连接刚度和连接的极限弯矩承载力。本文对一榀两跨三层双腹板、顶底角钢半刚性连接的钢框架模型进行了低周反复试验分析。通过对试验数据的分析,考察了半刚性连接钢框架结构在循环荷载作用下的弹塑性性能以及滞回性能、耗能能力、延性等各方面的性能,了解结构的破坏形式。而且,建立了刚性和半刚性两种钢框架模型,分别就其滞回曲线、延性等方面性能进行了比较。同时利用大型通用有限元软件ANSYS程序通过合理的建模,合理的参数设置,有效的网格划分,对试验的双腹板、顶底角钢半刚性连接钢框架和节点进行非线性有限元模拟计算,与试验结果进行比较后,分析了钢框架及节点在荷载作用下的荷载—位移曲线、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等相关指标。另外结合相关文献的试验结论,利用正交试验法设计出9个双腹板、顶底角钢半刚性连接节点试件,通过对其进行ANSYS模拟,分析了高强螺栓的直径、顶底角钢的厚度、与柱翼缘相连的角钢处螺栓中心线到梁翼缘的距离gt三个因素对节点的极限承载力、滞回性能等指标的影响程度。本文采用试验研究与理论研究相结合的方法进行。分析了半刚性框架及节点受力特性,研究其抗震性能,同时通过有限元方法验证,并进行相关对比分析,最后给出设计与施工建议,并提出了本课题尚待解决的问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外半刚性连接的研究概况
• 1.3 研究的目的和意义
• 1.4 本文的主要工作
• 2 半刚性连接的特性
• 2.1 引言
• 2.2 钢框架连接节点的分类方法
• 2.3 半刚性连接的特性
• 2.4 半刚性连接节点的类型
• 2.5 半刚性连接节点的模拟
• 2.6 双腹板、顶底角钢半刚性连接的幂函数模型
• 3 双腹板、顶底角钢半刚性连接钢框架的试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验概况
• 3.3 试验内容
• 3.4 试验结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 双腹板、顶底角钢半刚性连接框架及节点的ANSYS有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 ANSYS介绍及有限元分析的理论基础
• 4.3 双腹板、顶底角钢半刚性连接钢框架的有限元分析
• 4.4 试验节点的有限元分析
• 4.5 双腹板、顶底角钢半刚性连接性能影响因素的有限元分析
• 4.6 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 本文得到的主要结论
• 5.2 今后需要进一步研究的问题
• 致谢
• 攻读硕士期间的主要成果
• 参考文献