冷弯薄壁型钢框架半刚性节点动力性能试验研究及有限元分析

论文题目: 冷弯薄壁型钢框架半刚性节点动力性能试验研究及有限元分析

论文类型: 硕士论文

论文专业: 结构工程

作者: 王军

导师: 龙莉萍

关键词: 梁柱节点,冷弯薄壁型钢,半刚性,曲线,滞回性能,有限元分析

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 节点连接的可靠性极大地影响着钢结构的整体性能。在传统的钢框架分析和设计中,一般将框架梁柱的连接假定为完全刚接或铰接,然而在实际当中,钢框架连接性能往往介于两者之间,呈半刚性连接。这种理想化的假设虽然能大大简化结构的设计分析过程,但却会造成理论与实践的巨大差异、结构的不安全或偏保守、经济的不合理等。半刚性节点具有很好的连接性能,较强的耗能能力,更多的屈服容量和延性容量,同时可节省节点的用钢量,这使得半刚性连接成为一种既经济又可靠的连接方式。因此工程界围绕半刚性节点的问题开展了广泛的试验和理论研究,成为近年来的热门研究课题之一。冷弯薄壁型钢具有较高的强度重量比和能根据需要生产出材料分布最优的合理截面形式,若用做多层或低层钢结构建筑的主要承力构件,将会产生很高的经济效益,但冷弯型钢不适宜焊接,在用栓接或其他螺钉连接时,连接的性能趋近半刚性,因此研究冷弯薄壁型钢连接节点的半刚性受力性能是很有意义的。本文结合重庆市地方标准《轻型钢结构住宅技术规程》,在参照国内外大量文献资料的基础上,采用试验研究、理论分析、非线性有限元分析相结合的方法,对冷弯薄壁型钢框架节点(双腹板、上下角钢连接)进行了如下研究工作:1)在广泛分析研究国内外现行钢框架梁柱半刚性连接的受力机理的基础上,综合并描述了带双腹板、上下角钢连接的连接初始刚度以及弯矩承载力的计算公式。同时还介绍了影响这种连接性能的主要因素。2)足尺冷弯薄壁C型钢组合梁柱节点试验。通过对三个节点在周期荷载作用下的试验,研究了该节点在低周反复荷载作用下的各连接组件板域的应变分布以及构件板厚、螺栓等级、角钢厚度和成型特点、加劲形式对节点受力的影响。3)通过对试验数据分析,研究了该种节点在反复荷载作用下的M-θ曲线、P-△滞回曲线的非线性特征;对节点的破坏机理、刚度退化、滞回性能、延性、约束关系、承载能力及耗能特性进行了探讨;最后,在采用非线性回归分析的基础上,建立了该种节点的恢复力M-θ滞回模型并在试验数据的基础上总结出该模型的参数。4)利用ANSYS程序对节点进行非线性有限元模拟计算分析,并与试验结果分析比较,并得出一些有益的结论。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 研究半刚性连接的原因

1.3 半刚性连接的特性和分类

1.4 半刚性连接研究的国内外概况

1.4.1 国内外对半刚性连接性能的研究方法

1.4.2 我国在梁柱节点半刚性连接方面的研究进展

1.4.3 冷弯薄壁型钢结构半刚性连接性能的研究

1.5 本文研究目的、意义及应用前景

1.6 本文的研究方法、创新之处和研究内容

1.6.1 研究方法与技术方案

1.6.2 本文的创新之处

1.6.3 本文的主要研究内容

2 半刚性连接的类型和分析

2.1 引言

2.2 半刚性连接的类型及连接的模型

2.2.1 半刚性连接的类型

2.2.2 研究半刚性连接常用的几种模型

2.2.3 国内外针对冷弯薄壁型钢结构半刚性连接提出的几个模型

2.3 带双腹板、上下角钢的半刚性连接的受力性能

2.3.1 初始连接刚度Ri

2.3.2 极限弯矩承载力

2.3.3 影响带双腹板、上下角钢连接性能的因素

2.4 结语

3 冷弯薄壁型钢框架半刚性节点试验

3.1 冷弯薄壁型钢节点试验的目的

3.2 试验方案的确定

3.3 试件设计

3.3.1 试件尺寸

3.3.2 试件的材料性能

3.3.3 试件的制作

3.4 试验加载装置与加载制度

3.4.1 试验的加载装置

3.4.2 试验加载制度

3.4.3 试验终止

3.5 试验测定内容、装置和数据采集方法

3.5.1 量测内容

3.5.2 量测方法和装置

3.6 试验现象和试验结果

3.6.1 总说明

3.6.2 试件G－1 的试验现象和试验结果

3.6.3 试件G－2 的试验现象和试验结果

3.6.4 试件G－3 的试验现象和试验结果

4 试验结果的分析与讨论

4.1 试件的破坏过程分析和破坏模式总结

4.1.1 试件的破坏过程分析

4.1.2 试件的破坏模式

4.2 梁、柱、角钢和节点域的应变分布规律

4.2.1 梁翼缘的应变分布规律

4.2.2 柱翼缘的应变分布规律

4.2.3 连接角钢的应变分布规律

4.2.4 节点域的应变应力分布规律

4.3 半刚性弯矩（M）－转角（θ）关系

4.3.1 试件的M－θ曲线

4.3.2 试件M－θ曲线对比

4.4 荷载（P）－位移（△）滞回性能分析

4.4.1 试件P－△滞回曲线总结

4.4.2 骨架曲线

4.4.3 承载能力退化

4.4.4 刚度退化

4.4.5 延性

4.4.6 耗能性能

4.5 M－θ滞回曲线模型分析

4.5.1 典型的滞回曲线数学模型

4.5.2 改进的双线性滞回模型的确定

5 有限元分析

5.1 有限元分析目标

5.2 基本假定

5.3 模型建立及有关理论问题

5.3.1 弹塑性有关的问题

5.3.2 单元的选取

5.3.3 材料模型的设定

5.3.4 几何建模及单元划分

5.3.5 荷载及边界条件

5.4 计算结果及分析

5.4.1 节点应力分布及塑性区扩展趋势

5.4.2 节点的位移和变形

5.4.3 节点的弯矩M－θ曲线和刚度退化

5.4.4 节点的主要数据对比

5.5 结语

6 结论和建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2006-12-05

参考文献

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