梁柱半刚性连接的M-θ关系及其对钢框架性能的影响

论文摘要

本文研究了工程中常用的几种梁柱连接方式的M-θ性能以及当采用这些连接方式时对平面钢框架整体受力性能的影响，研究工作主要分为以下几部分：首先，在建立结构分析模型时，为了能较为精确地模拟结构受力后的性能和状态，本文采用矩阵位移法，在刚度矩阵的建立中采用按照压（拉）弯构件转角位移方程建立的以超越函数表达的刚度矩阵。其次，在总结国内外大量节点性能实验和仿真分析的基础上，分别对工程中常用的连接方式：外伸端板连接、栓焊混合连接、上下角钢连接、腹板角钢连接和上下角钢+腹板角钢连接提出了根据节点连接几何尺寸、构造措施和最终破坏模态等因素来确定分析参数数值及更能准确描述顶底角钢连接、腹板角钢连接等刚性较弱节点的M-θ关系模型：最后，在本文提出的弯矩-转角（M-θ）方程和结构刚度矩阵的基础上，分别对采用不同节点连接的平面钢框架的整体承载力进行了数值分析，得出了节点连接性能对钢框架整体性能影响的一般性规律。根据本文的研究结果，提出了在工程设计中可较为简便地对节点性能进行判定和选择的方法，以及可被设计工作中采用的弯矩-转角（M-θ）四参数方程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 概述
• 1.1 国内外的研究现状
• 1.1.1 框架整体稳定分析
• 1.1.2 节点域及节点连接性能的影响分析
• 1.2 规范和标准中定义的半刚性连接
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 考虑剪切变形的弹性杆件单元刚度矩阵
• 2.1 考虑杆件剪切变形的平面转角位移方程
• 2.2 单元刚度矩阵
• 2.3 结构整体刚度矩阵
• 2.4 横向荷载作用下的平衡方程
• 2.5 考虑剪切变形的弹-塑性杆件单元刚度矩阵
• 2.5.1 杆件一端出现塑性铰的情况
• 2.5.2 杆件两端出现塑性铰的情况
• 3 半刚性连接的杆件刚度矩阵
• 3.1 半刚性连接M-θ关系模型的选用
• 3.2 半刚性连接的杆件刚度矩阵
• 4 外伸端板连接节点的研究
• ki的确定'>4.1 外伸端板连接四参数模型中初始刚度R_ki的确定
• u的确定'>4.2 外伸端板连接四参数模型中极限弯矩M_u的确定
• 4.3 外伸端板连接四参数模型曲线与试验曲线对比
• 4.4 外伸式端板连接主要设计参数的确定
• 5 栓焊混合连接节点的研究
• ki的确定'>5.1 栓焊混合连接四参数模型中初始刚度R_ki的确定
• u的确定'>5.2 栓焊混合连接四参数模型中极限弯矩M_u的确定
• 5.3 栓焊混合连接四参数模型曲线与试验曲线对比
• 5.4 栓焊混合连接主要设计参数确定
• 6 腹板角钢连接节点的研究
• ki的确定'>6.1 腹板角钢连接四参数模型中初始刚度R_ki的确定
• u的确定'>6.2 腹板角钢连接四参数模型中极限弯矩M_u的确定
• 6.3 腹板角钢连接四参数模型曲线与试验曲线对比
• 7 顶底角钢连接性能的研究
• ki的确定'>7.1 顶底角钢连接四参数模型中初始刚度R_ki的确定
• u的确定'>7.2 顶底角钢连接四参数模型中极限弯矩M_u的确定
• 7.3 顶底角钢连接节点四参数模型曲线与试验曲线对比
• 8 带腹板角钢的顶底角钢连接节点的研究
• ki的确定'>8.1 带腹板角钢的顶底角钢连接四参数模型中初始刚度R_ki的确定
• u的确定'>8.2 带双腹板角钢的顶底角钢连接四参数模型中极限弯矩M_u的确定
• 8.3 带双腹板角钢的顶底角钢连接四参数模型曲线与试验曲线对比
• 9 半刚性连接节点滞回模型
• 10 钢框架的非线性有限元分析方法及程序编制
• 10.1 数值分析方法
• 10.2 结构的动力分析方法
• 10.3 分析程序
• 10.4 自编程序计算结果与试验结果对比
• 11 节点连接性能对钢框架承载能力的影响
• 11.1 试验研究和自编程序的数值分析
• 11.2 不同连接形式对多层钢框架受力性能的影响
• 12 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文情况