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方管节点支撑在钢框架中合理布置形式研究

作　者: 张月乔
导　师: 武振宇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 方管节点支撑布置形式时程分析
分类号: TU392.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近些年来，方形钢管被越来越多地应用于框架柱和桁架结构中，用来替代传统的工字型钢和H型钢，主要因其具有优良的结构性能和经济性能。在钢管结构中杆件之间采用的连接方式显得尤为重要。直接焊接方形钢管节点具有传力直接、形式简单、加工方便、用钢量省等独特的优越性，因此具有广泛的开发和应用前景。参数合理的方管节点具有优越的抗震性能，据此我校开发了方管节点抗震支撑体系。纯钢框架若遇到侧向荷载和竖向荷载的组合作用，为保证结构的侧向抗力，需通过增大梁柱截面抗弯刚度来实现。但此种做法是不经济的，尤其对于高层框架更为明显。因此，在框架中增设一些抗震性能好的支撑体系，使其形成支撑-钢框架的双重抗侧力结构是很有必要的。支撑钢框架由于其相对较好的抗震性能及有效的结构体系已被广泛用于钢结构中。但如何才能做到经济合理地布置支撑，使钢框架结构的抗震能力有效得到提高，已经成为钢框架结构设计的关键性问题。本文对含有方管节点支撑的钢框架进行了弹塑性时程分析，研究支撑的合理布置形式。本论文采用通用有限元软件ANSYS建立框架分析模型，与前人相关的研究结果验证对比，判断本文分析模型是否可行。建立各种方管节点支撑框架的动力时程分析模型，主要包括单斜杆偏心支撑框架模型以及K形偏心支撑框架模型。分析在地震波作用下，方管节点支撑钢框架的动力性能，并与纯钢框架的性能进行对比，研究支撑对钢框架动力性能的影响。对方管节点支撑框架在承受不同地震波时的动力性能进行分析，画出每种情况下的顶点位移时程曲线、柱底总剪力时程曲线、最大层间位移时程曲线、顶点加速度时程曲线、层间位移包络图以及楼层位移包络图等。分析支撑布置不同时偏心支撑钢框架的性能，找到钢框架中方管节点支撑较合理的布置形式。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章绪论  10-20
  1.1 概述  10-11
  1.2 直接焊接方管节点形式及破坏类型  11-13
    1.2.1 直接焊接方管节点形式  11-12
    1.2.2 直接焊接方管节点破坏类型  12-13
  1.3 钢框架中支撑的形式  13-15
  1.4 目前该方向研究现状及分析  15-18
    1.4.1 国外的研究  15-17
    1.4.2 国内的研究  17-18
  1.5 本论文主要研究内容  18-20
第2章有限元分析模型  20-31
  2.1 简介  20
  2.2 有限元模型  20-26
    2.2.1 模型的单元选取  20-21
    2.2.2 非线性方程的求解  21
    2.2.3 钢材的本构关系  21-23
    2.2.4 非线性设定  23
    2.2.5 有限元程序验证  23-26
  2.3 本文所研究的结构分析模型  26-29
    2.3.1 模型简化  27
    2.3.2 材料参数选取  27
    2.3.3 边界条件和加载制度  27-28
    2.3.4 节点几何尺寸  28
    2.3.5 结构分析模型  28-29
    2.3.6 网格划分  29
    2.3.7 后处理  29
  2.4 本章小结  29-31
第3章纯框架的分析  31-39
  3.1 概述  31
  3.2 输入的地震记录波  31-35
    3.2.1 地震波选取  31-32
    3.2.2 地震波调整  32-33
    3.2.3 地震加速度图谱  33-35
  3.3 纯框架分析  35-38
    3.3.1 计算模型与计算简图  35-37
    3.3.2 结果讨论  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第4章 10 层支撑框架结构的时程分析  39-65
  4.1 概述  39
  4.2 计算模型与计算简图  39-41
  4.3 模态分析  41-43
  4.4 EL-CENTRO波时程分析结果  43-49
    4.4.1 第一系列结果及其与纯框架对比  44-45
    4.4.2 第二系列结果及其与纯框架对比  45-46
    4.4.3 第三系列结果及其与纯框架对比  46-47
    4.4.4 第四系列结果及其与纯框架对比  47-48
    4.4.5 四个系列结果之间对比  48-49
  4.5 TAFT波时程分析结果  49-55
    4.5.1 第一系列结果及其与纯框架对比  50-51
    4.5.2 第二系列结果及其与纯框架对比  51-52
    4.5.3 第三系列结果及其与纯框架对比  52-53
    4.5.4 第四系列结果及其与纯框架对比  53-54
    4.5.5 四个系列结果之间对比  54-55
  4.6 人工波时程分析结果  55-61
    4.6.1 第一系列结果及其与纯框架对比  56-57
    4.6.2 第二系列结果及其与纯框架对比  57-58
    4.6.3 第三系列结果及其与纯框架对比  58-59
    4.6.4 第四系列结果及其与纯框架对比  59-60
    4.6.5 四个系列结果之间对比  60-61
  4.7 结果讨论  61-64
  4.8 本章小结  64-65
第5章 20 层支撑框架结构的时程分析  65-88
  5.1 概述  65
  5.2 计算模型与计算简图  65-67
    5.2.1 计算模型  65
    5.2.2 支撑布置方式  65-67
  5.3 模态分析  67-70
  5.4 EL-CENTRO波时程分析结果  70-74
    5.4.1 第五系列结果及其与纯框架对比  70-71
    5.4.2 第六系列结果及其与纯框架对比  71-72
    5.4.3 第七系列结果及其与纯框架对比  72-73
    5.4.4 同侧刚模型结果对比  73-74
  5.5 TAFT波时程分析结果  74-79
    5.5.1 第五系列结果及其与纯框架对比  75-76
    5.5.2 第六系列结果及其与纯框架对比  76-77
    5.5.3 第七系列结果及其与纯框架对比  77-78
    5.5.4 同侧刚模型结果对比  78-79
  5.6 人工波时程分析结果  79-84
    5.6.1 第五系列结果及其与纯框架对比  79-80
    5.6.2 第六系列结果及其与纯框架对比  80-81
    5.6.3 第七系列结果及其与纯框架对比  81-82
    5.6.4 同侧刚模型结果对比  82-84
  5.7 结果讨论  84-86
  5.8 本章小结  86-88
结论  88-90
参考文献  90-95
攻读硕士学位期间发表的学术论文  95-96
致谢  96

方管节点支撑在钢框架中合理布置形式研究

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