底角钢连接半刚性组合节点在对称负弯矩作用下性能研究

论文摘要

在高层钢结构的设计中,梁柱节点设计占有很重要的地位,节点性能的好坏将直接影响钢结构的安全性、可靠性、经济性、适用性等。研究表明,由于剪力连接件将钢梁和混凝土楼板连接在一起而共同工作,会使组合节点的性能和纯钢节点的性能有很大的差别。本文对底角钢连接的组合节点在对称负弯矩作用下的静力工作性能进行研究,主要内容如下:1.用ANSYS建立底角钢连接的组合节点模型,对节点的有限元模型进行参数分析,得出了楼板配筋率、钢筋强度、混凝土强度、梁柱钢材强度、钢梁高度、剪切板厚度、剪切板长度和缝隙宽度等参数对节点工作性能的影响规律;并按照欧洲规范EC3中的相关规定对节点类型加以划分;2.结合底角钢连接的组合节点特性,参考欧洲规范EC4中对节点初始刚度和塑性抗弯承载力的计算方法,提出适合本文节点的计算方法,并将计算结果与有限元结果进行了对比;3.为便于分析该类型节点的工作性能,本文对欧洲规范EC3设计方法中的部分参数进行了修正,给出适合模拟本文节点弯矩转角关系曲线的数学模型,并与有限元结果对比验证。研究结果表明:本文对节点初始刚度和塑性抗弯承载力的计算方法的计算结果和有限元结果比较接近,且弯矩转角关系曲线也能很好的表达实际情况,考虑安全度后可以用于底角钢连接的组合节点设计中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 半刚性连接研究综述
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 国内外研究综述
• 1.3 半刚性梁柱组合节点的受力机理
• 1.3.1 组合节点的特性
• 1.3.2 半刚性连接的几种M-θ曲线模型
• 1.3.3 初始刚度的计算方法
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 有限元模型的建立
• 2.1 ANSYS有限元模型的建立
• 2.1.1 组合节点的非线性
• 2.1.2 有限元模型采用的单元及其特点
• 2.1.3 有限元模型计算的其他特点
• 2.2 本章小结
• 第3章 底角钢连接组合节点特性初探
• 3.1 标准试件的选取
• 3.2 描述组合节点的特性参数
• 3.2.1 初始转动刚度和弹性弯矩的取值方法
• 3.2.2 强化刚度和塑性弯矩的取值方法
• 3.3 影响节点特性的因素分析
• 3.3.1 楼板对节点性能的影响
• 3.3.2 柱腹板加劲肋对组合节点性能的影响
• 3.3.3 楼板配筋率对组合节点性能的影响
• 3.3.4 钢筋种类对组合节点性能的影响
• 3.3.5 楼板混凝土强度等级对组合节点性能的影响
• 3.3.6 梁柱钢材牌号对组合节点性能的影响
• 3.3.7 钢梁截面高度对组合节点性能的影响
• 3.3.8 剪切板厚度对组合节点性能的影响
• 3.3.9 剪切板长度对组合节点性能的影响
• 3.3.10 梁柱缝隙宽度对组合节点性能的影响
• 3.4 节点分类
• 3.4.1 欧洲规范建议的节点分类方法
• 3.4.2 本文试件的节点分类
• 3.5 本章小结
• 第4章 连接的初始转动刚度
• j.ini组件法分析模型'>4.1 底角钢连接组合节点初始转动刚度S_j.ini组件法分析模型
• j.ini计算方法'>4.2 底角钢连接的组合节点初始转动刚度S_j.ini计算方法
• 4.3 各刚度系数的计算方法
• 1'>4.3.1 柱腹板抗剪刚度系数k₁
• 2'>4.3.2 柱腹板抗压刚度系数k₂
• 3,t、k_3,c'>4.3.3 剪切板抗拉压刚度系数k_3,t、k_3,c
• 4'>4.3.4 角钢肢抗压刚度系数k₄
• 13'>4.3.5 楼板区抗拉刚度系数k₁₃
• 4.4 底角钢连接的组合节点初始转动刚度计算方法探讨
• 4.4.1 第一刚度的计算方法
• 4.4.2 第二刚度的计算方法
• j.ini的计算方法'>4.4.3 初始转动刚度S_j.ini的计算方法
• 4.5 本章小结
• 第5章 连接的塑性抗弯承载力
• 5.1 组合节点各组件塑性承载力的确定
• 5.1.1 钢筋抗拉承载力
• 5.1.2 梁下翼缘处的抗压承载力
• 5.1.3 剪切板抗压和抗拉承载力
• 5.2 组合节点抗弯承载力的确定
• 5.2.1 中和轴位于剪切板之上
• 5.2.2 中和轴位于剪切板内
• 5.2.3 中和轴位于钢梁下翼缘处
• 5.3 组合节点抗弯承载力理论结果与有限元结果比较
• 5.4 本章小结
• 第6章 连接弯矩转角关系的模拟
• 6.1 欧洲规范建议的模型
• 6.2 本文采用的模型
• 6.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢