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钢框架梁端翼缘扩翼型和侧板加强型节点有限元分析

作　者: 马辉
导　师: 王燕
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 扩翼型节点延性系数塑性铰外移滞回性能
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

传统的钢框架梁柱连接节点在美国北岭地震和日本阪神地震中,产生了大量的脆性裂纹,这些裂纹大多产生于梁端翼缘焊缝处,随后沿柱翼缘和梁腹板处延伸。震后研究结果表明焊缝处的裂纹制约了焊接节点塑性发展从而导致传统梁柱连接节点抗震性能不强,世界各国通过大量的试验研究和理论分析提出了多种传统梁柱节点的改良形式。本文研究的梁端扩大型梁柱连接节点属于加强型新型延性节点,是一种典型的将塑性铰外移的节点形式,包括梁端翼缘扩翼型和侧板加强型两种节点类型。梁端扩大型梁柱连接节点的工作原理是在距梁端一定范围内将梁端翼缘扩大,迫使塑性铰的形成位置远离受力复杂且脆弱的焊缝,达到减少节点脆性破坏、提高节点延性的设计目的。论文针对扩翼型和侧板加强型两种节点型式开展了数值分析的研究工作,包括两个方面:1.根据试验中的扩翼型和侧板加强型节点试件,建立了与试验节点相对应的三维有限元模型,采用ANSYS有限元分析软件对试验模型进行了循环荷载下的有限元计算,与试验结果进行了分析比较,验证了有限元分析的准确性与可靠性,并根据日本《钢构造结合部设计指针》建立箱型柱截面侧板加强型节点模型,进行其在循环荷载作用下的承载能力、塑性铰形成发展规律、塑性铰分布及位置、滞回性能、延性性能、等方面研究,从而为箱型柱截面梁翼缘侧板加强型节点的设计提供理论分析依据。2.利用ANSYS有限元软件分别对扩翼型节点、侧板加强型节点建模,进行了循环荷载下的三维非线性有限元分析,系统探讨了梁翼缘扩大段起始位置、扩大宽度、翼缘扩大长度等参数对节点受力、塑性铰分布规律及试件破坏形态、极限荷载、最大塑性转角、滞回性能等影响,并归纳预测了塑性铰发生的位置,对扩翼和加强侧板参数的选取给出了建议参考值。论文的研究成果可为钢框架节点的抗震设计及探讨新的节点形式提供了有价值的理论分析和参考依据。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第一章绪论  11-24
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 近年来世界各国对钢框架梁柱节点的研究  13-19
    1.2.1 震后各国对钢框架传统节点的研究  13-15
    1.2.2 震后钢结构设计的对策  15
    1.2.3 削弱型节点  15-17
    1.2.4 扩翼型节点  17-19
  1.3 扩翼型节点国内外研究现状  19-22
    1.3.1 国外研究现状  19-20
    1.3.2 国内研究现状  20-22
  1.4 研究内容  22-24
第二章扩翼型节点试验与有限元分析  24-52
  2.1 扩翼型节点试验  24-30
    2.1.1 试件设计  24-25
    2.1.2 加载制度  25-28
    2.1.3 破坏形式  28
    2.1.4 滞回曲线  28-29
    2.1.5 实验结果  29-30
  2.2 有限元模拟  30-33
    2.2.1 单元类型的选择  30
    2.2.2 材料模型  30-31
    2.2.3 有限元模型  31-32
    2.2.4 加载制度  32-33
  2.3 有限元模型与试验试件破坏形态比较  33-38
    2.3.1 有限元模型破坏形态  33-36
    2.3.2 试件破坏形式对比  36-38
  2.4 应力分布  38-45
    2.4.1 有限元弹性阶段应力分布  38-42
    2.4.2 有限元弹塑性阶段应力分布  42-45
  2.5 滞回曲线  45-47
  2.6 骨架曲线  47-48
  2.7 节点试件的承载能力及延性性能验证及分析  48-49
  2.8 梁段塑性转角和总转角  49-50
  2.9 本章小结  50-52
第三章梁翼缘侧板加强型节点试验与有限元分析  52-78
  3.1 侧板加强型节点试验  52-54
    3.1.1 试件设计  52-53
    3.1.2 破坏形式  53
    3.1.3 滞回曲线  53-54
    3.1.4 实验结果  54
  3.2 有限元模型  54-55
  3.3 有限元模型与试验试件破坏形态比较  55-59
    3.3.1 破坏形态  55-58
    3.3.2 试件破坏形式及对比  58-59
  3.4 应力分布  59-66
    3.4.1 有限元弹性阶段应力分布对比  59-63
    3.4.2 有限元弹塑性阶段应力分布  63-66
  3.5 滞回曲线  66-67
  3.6 骨架曲线  67-68
  3.7 节点试件的承载能力及延性性能验证及分析  68-69
  3.8 梁段塑性转角和总转角  69-70
  3.9 箱形柱截面有限元分析  70-76
    3.9.1 模型细部构造  70-72
    3.9.2 有限元模型  72-73
    3.9.3 破坏形态  73-74
    3.9.4 滞回曲线  74-75
    3.9.5 骨架曲线  75-76
    3.9.6 节点试件的承载能力及延性性能验证及分析  76
  3.10 本章小结  76-78
第四章梁端翼缘扩翼型和侧板加强型节点  78-103
  4.1 WFS 系列节点的扩翼参数分析  78-90
    4.1.1 参数试件的设计  78-80
    4.1.2 破坏形态  80-82
    4.1.3 滞回曲线及骨架曲线  82-85
      4.1.3.1 WFS-A 组各试件滞回曲线  82-83
      4.1.3.2 WFS-A 组各试件骨架曲线  83
      4.1.3.3 WFS-B 组各试件滞回曲线  83-84
      4.1.3.4 WFS-B 组各试件骨架曲线  84-85
    4.1.4 承载力及延性性能  85-88
      4.1.4.1 承载力  85-87
      4.1.4.2 延性系数  87-88
    4.1.5 梁段塑性转角和总转角  88-90
  4.2 SPS 系列节点的扩翼参数分析  90-101
    4.2.1 参数试件的设计  90-91
    4.2.2 破坏形态  91-93
    4.2.3 滞回曲线及骨架曲线  93-96
      4.2.3.1 SPS-A 组各试件滞回曲线  93-94
      4.2.3.2 SPS-A 组各试件骨架曲线  94-95
      4.2.3.3 SPS-B 组各试件滞回曲线  95-96
    4.2.4 承载力及延性性能  96-100
      4.2.4.1 承载力  96-98
      4.2.4.2 延性系数  98-100
    4.2.5 梁段塑性转角和总转角  100-101
  4.3 本章小结  101-103
第五章结论及展望  103-107
  5.1 结论  103-105
  5.2 展望  105-107
参考文献  107-111
攻读硕士学位期间发表的学术论文、  111-112
致谢  112

钢框架梁端翼缘扩翼型和侧板加强型节点有限元分析

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