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延性钢框架在低周反复荷载作用下损伤退化滞回性能分析

作　者: 董立婷
导　师: 王燕
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 延性节点空间钢框架有限元抗震性能损伤退化
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

目前，国内外对塑性铰外移的新型梁柱节点及平面钢框架的研究已经取得了一定的成果，但新型延性节点的性能并不能完全反映出空间钢框架的整体性能。所以本文从空间钢框架结构整体受力情况出发，结合新型延性节点的研究成果，建立新型延性节点空间钢框架模型并模拟在低周反复荷载作用下的破坏机理、滞回性能、退化性能等抗震性能以及关键部位处的损伤性能，这对新型延性节点钢框架的设计及工程应用具有指导意义。按照国内现行规范及美国相关规范设计普通节点空间钢框架（OSF）、对称加腋节点空间钢框架（SHF）、翼缘过渡板加强型节点空间钢框架（FPF）、圆弧扩翼式节点空间钢框架（WFF）、圆弧削弱式节点空间钢框架（RBF），利用ANSYS有限元分析软件，对钢框架模型进行低周反复的位移加载，得到五种节点形式空间钢框架的应力及应变的发展情况，破坏发展过程，滞回性能，对比分析抗震指标和损伤退化指标，评价出各个空间钢框架的抗震性能优劣。研究结果表明：各延性节点空间钢框架均能实现梁端塑性铰外移的目的，破坏发展情况相近，普通节点钢框架（OSF）、对称加腋节点钢框架（SHF）及翼缘过渡板节点钢框架（FPF）柱脚由于受力最大而最先出现大塑性变形，梁端下翼缘均发生平面外屈曲变形，最终因为柱脚及梁端部塑性变形过大，导致框架的整体内力重分布不适于继续变形发展而破坏。圆弧扩翼式节点钢框架（WFF）和圆弧削弱式节点钢框架（RBF）最先在梁上扩翼板末端和削弱最深处出现大塑性变形，其次在柱翼缘出现塑性变形，可以延迟柱脚处塑性发展，最终因柱脚塑性变形大而引起整体空间钢框架的扭转和承载力的降低并导致结构破坏。所有的空间钢框架模型均会发生柱脚处塑性破坏，必须通过构造措施设置加劲肋或用混凝土包裹柱脚以提高柱脚的抗弯能力。相比于普通节点钢框架，延性节点钢框架的滞回性能，延性性能及耗能能力均有不同程度的提高，梁柱翼缘焊缝连接处应力及开裂指数都降低，各钢框架模型在加载后期承载力退化不一，而刚度退化比较一致。本文研究成果对工程设计有一定的指导价值，并为进一步研究新型延性节点空间钢框架的整体抗震性能打下基础。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-21
  1.1 研究背景  11-13
  1.2 国内外的钢框架的试验研究现状  13-15
  1.3 钢框架的有限元研究现状  15-18
  1.4 改进型节点断裂性能的研究现状  18-19
  1.5 本文的研究内容  19-21
第2章空间钢框架模型设计  21-35
  2.1 截面初选及计算简图  21-22
  2.2 模型设计  22-34
    2.2.1 普通节点钢框架截面验算  22-24
    2.2.2 对称加腋节点钢框架设计  24-28
    2.2.3 翼缘过渡板加强型节点钢框架设计  28-30
    2.2.4 圆弧扩翼式节点钢框架设计  30-32
    2.2.5 圆弧削弱式节点钢框架设计  32-34
  2.3 钢框架构件汇总  34
  2.4 本章小结  34-35
第3章钢框架 ANSYS 有限元建模及分析  35-53
  3.1 有限元软件选取  35
  3.2 建立有限元模型  35-42
    3.2.1 材料特性  35-36
    3.2.2 网格划分  36-37
    3.2.3 非线性分析设置  37-38
    3.2.4 边界约束条件  38-40
    3.2.5 加载方案制度  40-42
    3.2.6 破坏的判定  42
  3.3 不同边界约束条件下的普通节点空间钢框架分析  42-51
    3.3.1 应力发展过程  42-50
    3.3.2 应力应变发展及破坏状态对比  50-51
  3.4 本章小结  51-53
第4章不同节点类型空间钢框架滞回性能分析  53-79
  4.1 延性节点空间钢框架模型屈服位移的确定  53-54
  4.2 应力、应变现象及发展过程  54-69
    4.2.1 对称加腋钢框架  54-58
    4.2.2 翼缘过渡板加强型钢框架  58-62
    4.2.3 圆弧扩翼式钢框架  62-65
    4.2.4 圆弧削弱式钢框架  65-69
  4.3 应力应变发展及破坏状态对比  69-71
  4.4 滞回曲线对比分析  71-73
  4.5 骨架曲线对比分析  73-74
  4.6 延性系数  74-75
  4.7 等效粘滞阻尼系数  75-77
  4.8 抗震指标的综合对比分析  77
  4.9 本章小结  77-79
第5章不同节点类型空间钢框架损伤退化分析  79-107
  5.1 损伤参数  79-80
  5.2 断裂性能评估的关键部位  80-82
  5.3 节点处应力路径处等效应力发展  82-91
    5.3.1 普通节点钢框架  82-83
    5.3.2 对称加腋钢框架  83-85
    5.3.3 翼缘过渡板加强型钢框架  85-86
    5.3.4 圆弧扩翼式钢框架  86-87
    5.3.5 圆弧削弱式钢框架  87-88
    5.3.6 等效应力对比分析  88-91
  5.4 整体框架应力路径处等效应力发展  91-95
  5.5 不同应力路径处开裂性能分析  95-102
    5.5.1 不同钢框架节点处的开裂指数  95-100
    5.5.2 开裂指数 RI 对比分析  100-102
  5.6 退化特性分析  102-105
    5.6.1 承载力退化  102-103
    5.6.2 刚度退化  103-105
  5.7 本章小结  105-107
第6章结论与展望  107-111
  6.1 结论  107-109
  6.2 展望  109-111
参考文献  111-116
攻读硕士学位期间发表的学术论文、参加的科研、工程实践及获奖情况  116-118
致谢  118

延性钢框架在低周反复荷载作用下损伤退化滞回性能分析

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