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节能型蜂窝钢柱滞回性能的研究

作　者: 刘新洋
导　师: 邸芃
学　校: 西安科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 节能型蜂窝钢柱滞回性能扩张比长细比
分类号: TU392
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着能源危机的日益严重以及建筑耗能和环境问题的日渐突出，推广绿色节能建筑已成为我国可持续发展战略的必然选择。节能型蜂窝钢柱相对于加工前的实腹式钢柱不但提高了承载力，而且更加轻盈，又节能减材，还具备优秀的热工性能，因此，本文的研究不仅对建筑节能技术有一定的理论和实际指导意义，而且对于促进蜂窝钢柱在我国的推广应用具有重要意义。本文基于前人对蜂窝钢梁及蜂窝钢柱的研究方法和成果，为保证研究的科学性与准确性，利用ANSYS模拟软件建立不同扩张比K及不同长细比λ的实体模型，并对其在水平低周反复荷载作用下的滞回性能进行非线性的有限元分析，得出与加工前的原实腹式钢柱相比，节能型蜂窝钢柱滞回性能的改变规律，以及扩张比和长细比对节能型蜂窝钢柱滞回性能的影响。分析结果表明：蜂窝钢柱的滞回环比实腹式钢柱的滞回环更加饱满；蜂窝钢柱的屈服承载力和极限承载力比实腹式钢柱的屈服承载力和极限承载力大；蜂窝钢柱与实腹式钢柱在受水平低周反复荷载作用的情况下，刚度退化率相近；蜂窝钢柱的延性相对较差，蜂窝钢柱的耗能性能相对较好；扩张比取1.5~1.6为宜，长细比在90~100为佳；蜂窝钢柱的塑性铰都发生在底部第一个孔的下面，柱此处横截面的应力最大，相应部位的翼缘发生屈曲变形，其承载力下降迅速，因此建议在钢柱发生塑性铰的部位设置加劲措施。研究证明，节能型蜂窝钢柱相比加工前原实腹式钢柱，不但其稳定承载力提高约40%~60%，其滞回性能也有所提高，包括其滞回环更饱满、骨架曲线折减较小、刚度退化较少及耗能性能提高。加之其省材的特点和良好的热工性能，使得节能型蜂窝钢柱更加具有广阔的发展前景，必将在未来的工程中得到广泛应用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-18
  1.1 建筑节能的研究背景  9-11
  1.2 蜂窝钢柱的研究目的及意义  11-12
  1.3 蜂窝钢柱的历史沿革和现状  12-16
    1.3.1 国外的研究概况与进展  12-13
    1.3.2 国内的研究现状与应用  13-16
  1.4 本文的工作  16-18
    1.4.1 主要的研究内容  16
    1.4.2 本文的研究方案  16-17
    1.4.3 实施的技术路线  17-18
2 节能型蜂窝钢柱的研究基础  18-32
  2.1 钢结构建筑的发展  18-19
    2.1.1 钢结构建筑的发展历史  18
    2.1.2 钢结构建筑的发展前景  18-19
  2.2 建筑用钢的材料性能  19-22
    2.2.1 建筑钢材的力学性能  19-21
    2.2.2 建筑钢材的热工性能  21-22
  2.3 钢结构柱的分类及设计  22-26
    2.3.1 实腹钢柱及其设计  22-25
    2.3.2 格构钢柱及其设计  25
    2.3.3 蜂窝钢柱及其设计  25-26
  2.4 节能型蜂窝钢柱的性能  26-31
    2.4.1 节能型蜂窝钢柱的稳定性  26-28
    2.4.2 节能型蜂窝钢柱的节能性  28-31
  2.5 本章小结  31-32
3 节能型蜂窝钢柱与实腹钢柱的滞回性能分析  32-48
  3.1 有限元分析概述  32-34
    3.1.1 有限元法简介  32
    3.1.2 有限元软件 ANSYS 简介  32-33
    3.1.3 结构非线性分析  33-34
  3.2 计算模型的建立  34-37
    3.2.1 壳单元的选取  34-35
    3.2.2 定义材料属性  35-36
    3.2.3 模型几何尺寸及网格划分  36-37
  3.3 水平低周反复荷载作用下的求解  37-42
    3.3.1 边界条件  37-38
    3.3.2 模型加载方案  38-39
    3.3.3 选择求解方法  39-40
    3.3.4 滞回性能的分析指标  40-42
  3.4 两种钢柱的滞回性能分析  42-47
    3.4.1 滞回曲线  42-43
    3.4.2 骨架曲线  43-44
    3.4.3 刚度退化曲线  44-45
    3.4.4 延性与耗能性能  45
    3.4.5 应力分布情况  45-47
  3.5 本章小结  47-48
4 不同参数下节能型蜂窝钢柱滞回性能的研究  48-62
  4.1 滞回曲线的分析  48-50
    4.1.1 扩张比对滞回曲线的影响分析  48-49
    4.1.2 长细比对滞回曲线的影响分析  49-50
  4.2 骨架曲线的分析  50-53
    4.2.1 扩张比对骨架曲线的影响分析  50-51
    4.2.2 长细比对骨架曲线的影响分析  51-53
  4.3 刚度退化曲线的分析  53-55
    4.3.1 扩张比对刚度退化曲线的影响分析  53-54
    4.3.2 长细比对刚度退化曲线的影响分析  54-55
  4.4 延性与耗能性能的分析  55-56
    4.4.1 扩张比对延性与耗能性能的影响分析  55
    4.4.2 长细比对延性与耗能性能的影响分析  55-56
  4.5 应力分布情况的分析  56-60
    4.5.1 扩张比对应力分布情况的影响分析  56-58
    4.5.2 长细比对应力分布情况的影响分析  58-60
  4.6 本章小结  60-62
5 节能型蜂窝钢柱的工程应用  62-71
  5.1 蜂窝钢构件的工程实例  62-64
    5.1.1 工程概况及应用情况  62-63
    5.1.2 蜂窝钢柱的应用展望  63-64
  5.2 蜂窝式梁-柱钢框架的应用研究  64-69
    5.2.1 两种钢框架承载能力比较  64-65
    5.2.2 蜂窝式钢框架的抗震性能  65-69
  5.3 本章小结  69-71
6 结论与展望  71-73
  6.1 结论  71-72
  6.2 展望  72-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
附录  77

节能型蜂窝钢柱滞回性能的研究

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