基于相关性端板连接本构关系的研究

论文摘要

传统的框架节点半刚性分析中,不论是常规试验分析、有限元的参数分析,还是理论解析计算,都是基于节点设计变量完全确定的假设,单独考虑单一设计变量变化对其响应的影响方式和影响程度,而忽略了各设计变量间的相关关系作用。国外研究人员对不同形式的连接提出的弯矩-转角公式模型,大多是拟合回归而来,存在许多的人为因素。虽然在一定条件下,与试验数据能够吻合较好,但是其公式模型中的参数定义很少具有物理意义,或者参数定义复杂,不方便工程设计;有些公式在计算中还会出现谬误,比如计算中出现负刚度,这在实际工程中是不可能的。因此,打破传统的分析方法,考虑设计变量间的相关关系,提出新的框架节点本构关系分析的研究方法,就显得十分必要。本文作为国家自然科学基金资助项目《基于多因素相关性的框架节点本构关系的分析方法的研究》（编号50978104）的子项目,基于影响因素相关性对端板连接节点本构关系进行分析研究。首先,对4个端板连接试件进行了单向加载试验研究,对节点承载力、转动变形进行了测量。考察不同构造的端板节点在单调荷载作用下的破坏形态和破坏过程,研究节点构造因素对端板节点的受力性能的影响,通过相关的试验数据,建立端板节点的M-θ模型曲线,得出相应端板节点的初始转动刚度、极限荷载、极限弯矩等关键特性参数。进而用大型有限元软件ANSYS对静力试验的4个试件进行了三维非线性有限元分析,通过与试验结果对比,验证了有限元软件能够很好地模拟端板连接的受力特性。在此基础上,运用有限元软件对端板连接在单向荷载和循环荷载作用下其几何构造因素对其受力特性的影响规律分别进行了研究。最后,对端板连接的几何构造因素进行了相关性分析。在考虑影响因素相关性的前提下,对端板连接进行了不确定性灵敏度分析,并提出了弹性阶段的弯矩-转角模型,与试验结果进行了计算验证,并与早期研究者的线性回归模型进行了对比和讨论,明确了基于相关性端板连接本构关系模型的合理性与有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 钢框架节点的基本理论
• 1.2.1 梁柱连接的种类
• 1.2.2 梁柱节点连接的分类方法
• 1.2.3 半刚性连接弯矩-转角的分析模型
• 1.3 半刚性端板连接的特性
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 端板连接静力试验研究
• 2.1 试验方案
• 2.1.1 试件设计与制作
• 2.1.2 材性试验
• 2.1.3 加载装置
• 2.1.4 加载制度
• 2.2 试验结果
• 2.2.1 材性试验结果
• 2.2.2 节点加载试验结果
• 2.2.3 试件承载力结果
• 2.3 本章小结
• 第三章 端板连接有限元分析
• 3.1 有限元建模
• 3.1.1 APDL 参数化建模
• 3.1.2 模型非线性分析
• 3.1.3 单元选择
• 3.1.4 材料参数
• 3.1.5 边界条件
• 3.1.6 计算过程
• 3.1.7 有限元模型
• 3.2 计算结果及分析
• 3.2.1 承载力与变形特性
• 3.2.2 有限元计算结果与试验结果对比
• 3.2.3 结果对比分析
• 3.2.4 误差分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 端板连接主要构造因素对其受力特性影响的分析研究
• 4.1 单调荷载作用下端板连接主要构造因素对其受力特性影响的分析研究
• 4.1.1 端板厚度的影响
• 4.1.2 螺栓直径的影响
• 4.1.3 端板加劲肋厚度的影响
• 4.1.4 梁截面高的影响
• 4.1.5 柱截面高的影响
• 4.1.6 梁截面宽度的影响
• 4.1.7 柱截面宽度的影响
• 4.1.8 梁翼缘厚度的影响
• 4.1.9 梁腹板厚度的影响
• 4.1.10 柱翼缘厚度的影响
• 4.1.11 柱腹板厚度的影响
• 4.1.12 螺栓布置的影响
• 4.1.13 结论
• 4.2 循环荷载作用下端板连接主要构造因素对其受力特性影响的分析研究
• 4.2.1 有限元建模分析
• 4.2.2 与试验结果比较分析
• 4.2.3 有限元计算结果
• 4.2.4 计算结果分析
• 4.2.5 结论
• 4.3 端板连接端板厚度与螺栓的组合受力分析
• 4.3.1 端板与螺栓受力分析
• 4.3.2 结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于相关性端板连接本构关系分析
• 5.1 相关分析简介
• 5.1.1 相关关系
• 5.1.2 相关分析
• 5.1.3 相关分析基本步骤
• 5.1.4 简单相关分析
• 5.1.5 偏相关分析
• 5.1.6 H 型钢参数统计列表
• 5.1.7 随机输入参数简单相关分析
• 5.1.8 随机输入参数偏相关分析
• 5.2 灵敏度分析概念
• 5.2.1 结构灵敏度分析
• 5.2.2 结构灵敏度分析分类
• 5.2.3 结构灵敏度分析的方法
• 5.3 基于ANSYS PDS 模块的有限元概率设计
• 5.3.1 有限元概率设计概念
• 5.3.2 基于ANSYS PDS 模块的有限元概率设计
• 5.4 端板连接不确定性灵敏度分析
• 5.4.1 基于相关性输入参数同时变化
• 5.4.2 输入参数的独立同时变化
• 5.4.3 端板连接节点弯矩-转角模型
• 5.4.4 模拟的弯矩-转角模型与试验数据对比分析
• 5.4.5 与传统端板连接弯矩-转角模型对比分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附件