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翼缘开孔削弱型梁柱节点受力性能研究

作　者: 刁莉莉
导　师: 郝际平
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 翼缘开孔 受力性能 荷载—位移曲线 变参分析 应力集中
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


针对传统梁柱栓焊连接节点容易在连接区域焊缝处发生破坏问题，本文借鉴狗骨式节点和腹板削弱型梁柱节点的研究，提出一种改进型梁柱节点——翼缘开孔削弱型梁柱节点，即在节点区域钢梁翼缘上开孔，使得梁端的塑性铰外移，达到“强节点弱构件”的抗震目标，进而起到保护节点焊缝的目的；同时又能使管线方便穿越不同楼层，满足建筑美观的要求。本文的研究内容和研究结果主要包括：首先，对翼缘开孔削弱型梁柱节点进行单调荷载作用下的ANSYS有限元分析，研究开孔对节点受力性能的影响。通过得到的荷载-位移曲线和梁端塑性铰发展规律，表明当孔洞大小合适，对于节点极限承载力的降低不是很明显，仅降低6%；并且能够满足节点塑性铰外移的要求，从而达到保护节点，防止节点焊接焊缝脆性破坏的目的。其次，对影响翼缘开孔削弱型节点受力性能的相关参数进行了变参分析。研究表明翼缘开孔削弱型梁柱节点能使梁端塑性铰外移，使其发生在远离梁柱连接焊缝处；同时开孔削弱的参数对节点的整体受力性能不会产生太大的影响，只对削弱区域周边范围有一定的影响。其中，开孔直径r和孔洞个数n对节点的受力性能影响更为显著。最后，考虑分析过程中出现的孔洞周边应力集中问题，提出相应的缓解措施并进行对比评价。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-21
  1.1 选题的背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 加强型节点  11-14
    1.2.2 削弱型节点  14-18
  1.3 钢梁翼缘开孔削弱型节点研究中存在的问题  18
  1.4 本文主要研究内容  18-21
2 分析基础和有限元程序的选取  21-29
  2.1 梁柱连接节点的基础理论  21-23
    2.1.1 梁柱连接节点的分类  21-22
    2.1.2 梁柱刚性连接的构造要求  22-23
    2.1.3 梁柱刚性连接节点的分析计算方法  23
  2.2 塑性力学基本法则  23-27
    2.2.1 屈服准则  23-24
    2.2.2 加载准则和流动准则  24-26
    2.2.3 强化准则  26-27
  2.3 非线性有限元法简介  27-29
3 开孔式削弱型梁柱节点受力性能有限元分析  29-41
  3.1 节点有限元模型的建立  29-33
    3.1.1 单元类型的选择  29
    3.1.2 节点的几何尺寸及材料特性  29-30
    3.1.3 网格划分  30-31
    3.1.4 荷载和边界条件  31-32
    3.1.5 加载方案  32
    3.1.6 有限元分析内容  32
    3.1.7 有限元模型验证  32-33
  3.2 节点有限元分析结果  33-39
    3.2.1 荷载-位移曲线  33-34
    3.2.2 两种节点塑性铰形成及其发展规律  34-39
  3.3 本章小结  39-41
4 梁翼缘开孔削弱型节点的变参数有限元分析  41-65
  4.1 分析参数的选取  41-42
  4.2 削弱位置 a 对钢梁翼缘开孔削弱型节点受力性能的影响  42-47
    4.2.1 试件组 SK-A 的荷载-位移曲线  43
    4.2.2 弹性阶段和弹塑性阶段有限元分析  43-47
    4.2.3 小结  47
  4.3 开孔距梁边的边距 b 对钢梁翼缘开孔削弱型节点受力性能的影响  47-52
    4.3.1 试件组 SK-B 的荷载位-移曲线  48
    4.3.2 弹性阶段和弹塑性阶段有限元分析  48-52
    4.3.3 小结  52
  4.4 开孔直径 r 对钢梁翼缘开孔削弱型节点受力性能的影响  52-58
    4.4.1 试件组 SK-R 的荷载-位移曲线  53
    4.4.2 弹性阶段和弹塑性阶段有限元分析  53-58
    4.4.3 小结  58
  4.5 开孔数量 n 对钢梁翼缘开孔削弱型节点受力性能的影响  58-65
    4.5.1 不同开孔数试件荷载-位移曲线  58-59
    4.5.2 弹性阶段和弹塑性阶段试件有限元分析  59-61
    4.5.3 极限位移下不同开孔个数的应力-应变分析  61-63
    4.5.4 小结  63-65
5 孔周高应力解决措施  65-71
  5.1 补强试件模型  65-66
    5.1.1 补强设计荷载-位移曲线  65-66
    5.1.2 开孔补强试件应力和应变  66
  5.2 开椭圆形孔  66-68
    5.2.1 椭圆形孔试件荷载-位移曲线  66-67
    5.2.2 开椭圆孔试件应力和应变  67-68
  5.3 开半圆孔  68-69
    5.3.1 开半圆孔试件荷载-位移曲线  68
    5.3.2 开半圆孔试件的应力和应变  68-69
  5.4 本章小结  69-71
6 结论与展望  71-73
  6.1 本文的结论及建议  71
  6.2 后继工作  71-73
致谢  73-75
参考文献  75-79
附录 硕士研究生阶段发表论文及科研情况  79

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 金属结构 > 钢结构
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