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蜂窝轻钢门式刚架受力性能试验与有限元研究

作　者: 李启良
导　师: 苏益声
学　校: 广西大学
专　业: 结构工程
关键词: 蜂窝轻钢门式刚架钢结构试验研究有限元分析静力性能抗震性能
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 77次
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内容摘要

蜂窝轻钢门式刚架是一种新型的轻钢结构形式,其构件已广泛应用于土木工程之中。现今,国外对该结构的研究已经较为深入,而国内对其受力性能研究还仅限于构件,对结构体系整体的静力性能和抗震性能的研究尚属匮乏,严重限制了蜂窝轻钢结构的应用推广。因此,研究该新型结构形式在静力以及在地震作用下的受力性能已成为一个亟待解决的研究课题。本课题组前期已对该结构及结构形式进行了相应的研究,本文在此基础上对3个蜂窝轻钢门式刚架试件进行了受竖向荷载的静力试验研究,并对2个试件进行了低周反复荷载的试验研究,验证了ABAQUS的可行性并对12个有限元模型进行分析。主要研究内容包括：研究该新型结构在竖向静力作用下应力发展规律、典型孔口及截面的应力分布、破坏机理,揭示其静力性能；探讨结构在受低周反复荷载用下节点的应变发展、滞回性能、破坏形态,揭示其滞回特性、强度、刚度、延性、耗能能力；利用有限元软件对试件模型进行补充分析,验证有限元分析的可行性；基于有限元分析开孔形式、腹板开孔率、受荷形式和加劲肋对蜂窝钢结构力学性能的影响。本文研究表明：试件破坏由于局部屈曲引起了整体结构最终延性破坏；蜂窝轻钢门式刚架的刚度较高,抗震性能良好；腹板开孔形式对结构的受力性能影响较大,圆形开孔形式优于六边形开孔形式；节点斜向加劲肋能减小节点域剪切变形,但对提高结构的整体性能影响不大；利用ABAQUS模拟分析的结果与试验实测结果吻合良好,验证了模拟方法的可行性；荷载作用形式以及腹板开孔率对蜂窝钢结构的受力性能影响较大。本文的研究成果,对推广蜂窝轻钢结构发展和应用具有重要的意义,丰富了蜂窝钢结构理论体系,为进一步研究提供了参考。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-20
  1.1 国内外研究现状、水平及发展趋势  13-18
    1.1.1 国外  13-14
    1.1.2 国内  14-18
  1.2 课题的研究意义、内容与研究方法  18-20
    1.2.1 研究意义  18
    1.2.2 研究内容  18-19
    1.2.3 研究方法  19-20
第二章蜂窝轻钢门式刚架的静力受力性能试验研究  20-40
  2.1 静载试验目的与设计思路  20
  2.2 试验概况  20-28
    2.2.1 试件设计  20-21
    2.2.2 试件加工制作  21-23
    2.2.3 试件材料力学性能试验  23-24
    2.2.4 试验装置、试验加载制度及测试  24-26
    2.2.5 测试方案及原理  26-28
  2.3 试验全过程现象  28-30
    2.3.1 CSPF-1试验现象  28-29
    2.3.2 CSPF-2试验现象  29-30
    2.3.3 CSPF-3试验现象  30
    2.3.4 试验现象分析  30
  2.4 结果分析  30-38
    2.4.1 截面应力分布与平截面假定  31-33
    2.4.2 屈服荷载  33
    2.4.3 试件应力应变分析  33-37
    2.4.4 荷载位移曲线  37-38
  2.5 本章小结  38-40
第三章蜂窝轻钢门式刚架的抗震性能试验研究  40-62
  3.1 试验目的与设计思路  40
  3.2 试验概况  40-44
    3.2.1 低周反复试验装置及加载制度  40-42
    3.2.2 测试内容、方式及部分测试装置  42-43
    3.2.3 试验数据收集及破坏特征记录  43-44
  3.3 试验现象  44-48
    3.3.1 CSPF-1试验现象  45-46
    3.3.2 CSPF-3试验现象  46-47
    3.3.3 试验现象以及破坏形态分析  47-48
  3.4 结果分析  48-60
    3.4.1 应变分析  48-50
    3.4.2 P-Δ滞回曲线  50-51
    3.4.3 骨架曲线  51-52
    3.4.4 延性  52-53
    3.4.5 耗能能力  53-54
    3.4.6 试件强度衰减分析  54-55
    3.4.7 试件刚度退化分析  55-57
    3.4.8 节点域分析  57-59
    3.4.9 荷载-节点转角滞回曲线  59-60
  3.5 本章小结  60-62
第四章蜂窝轻钢门式刚架静力性能有限元分析  62-83
  4.1 有限元法概况  62
    4.1.1 有限单元法以及ABAQUS介绍  62
    4.1.2 有限元分析技术路线  62
  4.2 有限元模型的建立  62-64
    4.2.1 有限单元模型  62-63
    4.2.2 材料模型  63
    4.2.3 接触及边界条件处理  63-64
    4.2.4 网格划分  64
    4.2.5 计算过程  64
  4.3 静力有限元计算结果及试验结果对比  64-72
    4.3.1 试件变形及破坏形态对比  64-68
    4.3.2 屈服荷载及荷载-位移曲线对比分析  68-69
    4.3.3 孔口对翼缘应变分布影响  69-71
    4.3.4 小结  71-72
  4.4 静力性能影响因素分析  72-81
    4.4.1 静力分析有限元模型设计与建立  72-73
    4.4.2 破坏形态  73-76
    4.4.3 蜂窝轻钢刚架与扩高前原实腹刚架承载能力分析  76-78
    4.4.4 开孔形式影响  78
    4.4.5 开孔率影响  78-79
    4.4.6 节点加劲肋的影响  79-80
    4.4.7 受荷形式对结构受力性能的影响分析  80-81
  4.5 本章小结  81-83
第五章蜂窝轻钢门式刚架抗震性能有限元分析  83-98
  5.1 有限元元模型  83
    5.1.1 边界条件  83
    5.1.2 计算过程  83
  5.2 抗震性能有限元分析与试验结果对比  83-90
    5.2.1 试件变形及破坏形态对比  84-87
    5.2.2 P-Δ滞回曲线对比  87-88
    5.2.3 骨架曲线对比  88
    5.2.4 刚度退化对比  88-89
    5.2.5 节点域应变对比  89
    5.2.6 小结  89-90
  5.3 抗震性能影响因素分析  90-97
    5.3.1 抗震分析有限元模型设计与建立  90
    5.3.2 破坏形态  90-92
    5.3.3 P-Δ滞回曲线  92-93
    5.3.4 骨架曲线  93-94
    5.3.5 刚度退化  94-95
    5.3.6 延性系数  95-96
    5.3.7 耗能能力  96-97
  5.4 本章小结  97-98
第六章结论与展望  98-101
  6.1 结论  98-99
  6.2 设计建议  99-100
  6.3 展望  100-101
参考文献  101-105
致谢  105-106
附录  106

蜂窝轻钢门式刚架受力性能试验与有限元研究

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