梁柱T型钢连接节点的试验研究及有限元分析

论文摘要

梁柱连接节点是钢框架的重要组成部分,连接节点的性能直接关系到结构的整体性能。人们通过研究发现普遍应用于钢框架的高强螺栓连接节点介于理想铰接与完全刚接之间,即半刚性连接。半刚性连接节点具有极限承载力较高、连接刚度较大、抗震性能较好、安装方便、施工迅速、经济效益好等特点,在实际工程上应用越来越多,对梁柱T型钢半刚性连接节点的研究能为实际工程的构造做法提供试验数据和建议,具有较重要的现实意义。本文针对梁柱T型钢连接节点进行了试验和有限元相结合的分析研究,首先设计了2个T型钢梁柱连接节点试件,对2个试件进行单向加载试验,分析了节点各组件在整个加载阶段的应力发展情况,得出了试件在单向荷载下的连接初始刚度、连接极限承载力、弯矩-转角关系以及节点的破坏形态,并将2个试件对比,对比结果表明节点的极限承载力和初始转动刚度都随着T型钢翼缘厚度的增加而增加;随后设计了一个基本构件,用ANSYS对其进行非线性有限元分析,对基本构件的破坏形态和节点性能进行了研究,为了验证有限元模型的正确性,用同样的建模方法对试验试件T-1和T-2进行了有限元分析计算,并将分析结果与试验数据作对比,发现结果吻合较好,表明能用本文的有限元建模方法来对T型钢连接节点进行计算分析;最后在基本构件的基础上通过改变节点各参数衍生出若干构件来分析节点各组件参数变化对连接节点性能的影响,结果表明构件材料、柱翼缘厚度、梁截面高度、T型钢翼缘厚度,T型钢翼缘高度以及竖向螺栓间距对T型钢连接节点的极限承载力和初始刚度有较大影响,并在分析数据的基础上初步得出了T型钢连接节点最有利的节点构造。本文为以后此类节点的研究提供了理论分析依据并奠定了试验基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 半刚性连接节点的类型
• 1.3 半刚性连接节点的受力特性
• 1.4 半刚性连接的研究方法
• 1.4.1 试验测定法
• 1.4.2 曲线拟合法
• 1.4.3 塑性分析方法
• 1.4.4 解析法
• 1.4.5 有限单元法
• 1.5 半刚性连接节点的研究历史与应用现状
• 1.5.1 国内半刚性连接研究历史与现状
• 1.5.2 国外半刚性连接研究历史与现状
• 1.6 本文研究的主要意义
• 1.7 本文研究的主要内容
• 第二章 梁柱 T 型钢连接节点受力性能试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 试验概况
• 2.2.1 试验目的
• 2.2.2 节点试件设计制作
• 2.2.3 试验量测仪器
• 2.2.4 试验加载装置
• 2.2.5 量测内容
• 2.2.6 试验加载步骤
• 2.3 试验结果
• 2.3.1 试验过程及现象
• 2.3.2 试件关键部位的应力
• 2.3.3 试件受力特性分析
• 2.3.4 试件破坏模式
• 2.4 本章小结
• 第三章 梁柱 T 型钢连接节点受力性能有限元研究
• 3.1 概述
• 3.2 有限元分析的理论基础
• 3.2.1 有限元的非线性分析
• 3.2.2 非线性问题的求解方法
• 3.2.3 弹塑性本构关系
• 3.2.4 接触问题
• 3.3 T 型钢半刚性连接节点的有限元分析
• 3.3.1 构件设计
• 3.3.2 基本假定
• 3.3.3 实体建模
• 3.3.4 定义材料特性和单元类型
• 3.3.5 施加边界条件和荷载
• 3.3.6 定义分析类型及分析选项
• 3.4 基本构件的计算结果及分析
• 3.4.1 基本构件的弯矩转角特性
• 3.4.2 各组件的应力分布及发展情况
• 3.5 有限元与试验的对比分析
• 3.5.1 应力分布及发展情况的对比
• 3.5.2 破坏形态的对比
• 3.5.3 理论值与实验值的对比
• 3.6 T 型钢半刚性连接节点性能的影响因素
• 3.6.1 构件材料的影响
• 3.6.2 柱翼缘厚度的影响
• 3.6.3 柱腹板厚度的影响
• 3.6.4 梁截面高度的影响
• 3.6.5 T 型钢翼缘厚度的影响
• 3.6.6 T 型钢翼缘高度的影响
• 3.6.7 T 型钢腹板厚度的影响
• 3.6.8 螺栓直径的影响
• 3.6.9 螺栓等级的影响
• 3.6.10 T 型钢翼缘水平螺栓间距的影响
• 3.6.11 T 型钢翼缘竖向螺栓间距的影响
• 3.6.12 有无加劲肋的影响
• 3.7 T 型钢连接节点的破坏形态
• 3.8 本章小结
• 结论与展望
• 1、主要结论
• 2、试验不足处
• 3、研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读学位期间发表论文目录