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半刚接钢框架柱计算长度系数及结构性能分析

作　者: 董青
导　师: 孙玉萍
学　校: 兰州理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 半刚性连接剪切变形计算长度系数无侧移有侧移结构性能
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

钢框架梁柱连接的约束条件大多数介于完全刚接和理想铰接之间。从设计角度看梁柱连接可划分为刚接,半刚接和柔性连接三种。连接的性能可用其弯矩—转角曲线表示。而半刚接框架柱计算长度系数与很多因素有关,本文从柱计算长度的物理意义入手,考虑剪切变形对半刚接框架的影响,以部分框架作为分析单元,在柱计算长度系数修正公式的基础上,通过具体算例,分别按无侧移和有侧移两种情况进行考虑,节点分别采用了外伸端板连接、双角钢腹板连接、顶底翼缘角钢连接三种不同的半刚接形式,比较了考虑剪切变形与刚性连接框架柱计算长度系数的改变情况。特别针对外伸端板连接形式,通过不断改变端板厚度,得出随着端板厚度的增大,柱计算长度系数逐渐减小的结论。端板厚度逐渐增大,考虑剪切变形有侧移半刚接钢框架柱计算长度系数逐渐减小且减幅很大,分析减幅情况,得出梁上、下端线刚度和与柱计算长度系数关系的表达式并拟合出曲线。顶底翼缘角钢连接是钢框架梁柱连接节点的常用形式之一,其半刚性对结构性能产生影响,使结构的分析计算与结构实际情况不符。本文采用有限元软件ANSYS对一两跨五层的半刚性钢框架进行分析,通过不断改变梁柱节点的转动刚度来考察半刚性连接框架在外荷载作用下的性能,研究顶底翼缘角钢连接形式对半刚性钢框架周期、位移、稳定性能的影响情况,并将计算结果与相应的刚性连接钢框架进行比较分析,得出半刚性连接对钢框架结构性能的影响,将影响引入结构设计中将与结构实际工作状态更相符,使结构设计更经济、更合理。最后,根据自己的研究情况,详细总结了得到的结论,对半刚性钢框架下一步的研究工作提出了展望。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第1章绪论  11-20
  1.1 引言  11-12
  1.2 半刚接钢框架的特点及发展  12-13
  1.3 钢框架柱计算长度的物理意义  13-15
  1.4 国内外半刚接钢框架柱计算长度系数的研究概况  15-19
    1.4.1 国外研究现状  15-17
    1.4.2 国内研究现状  17-19
  1.5 本文研究内容  19-20
第2章半刚性连接的性能  20-33
  2.1 引言  20-21
  2.2 半刚性连接的研究方法  21-24
    2.2.1 试验测定法  21-22
    2.2.2 曲线拟合法  22
    2.2.3 塑性分析法  22-23
    2.2.4 解析法  23
    2.2.5 有限单元法  23-24
  2.3 半刚性连接类型  24-25
  2.4 半刚性连接的数学模拟  25-27
  2.5 半刚性连接的弯矩转角曲线  27-32
    2.5.1 外伸端板连接  29-30
    2.5.2 腹板双角钢连接  30-31
    2.5.3 顶底翼缘角钢连接  31-32
  2.6 本章小结  32-33
第3章考虑剪切变形半刚接钢框架柱计算长度系数公式  33-54
  3.1 引言  33-34
  3.2 考虑剪切变形压弯构件的转角位移方程  34-40
    3.2.1 无侧移的情况  35-38
    3.2.2 有侧移的情况  38-40
  3.3 考虑剪切变形半刚性钢框架梁的转角位移方程  40-43
  3.4 半刚接钢框架稳定分析  43-52
    3.4.1 稳定分析的基本假设  43-44
    3.4.2 考虑剪切变形无侧移半刚接钢框架柱计算长度系数  44-48
    3.4.3 考虑剪切变形有侧移半刚接钢框架柱计算长度系数  48-52
  3.5 本章小结  52-54
第4章剪切变形对多种半刚性连接μ的影响  54-82
  4.1 引言  54
  4.2 刚性连接钢框架柱计算长度系数的计算  54-56
  4.3 外伸端板连接钢框架柱计算长度系数的计算  56-69
    4.3.1 无侧移情况  56-62
    4.3.2 有侧移情况  62-68
      4.3.2.1 端板厚度变化对考虑剪切变形时柱计算长度系数的影响  62-65
      4.3.2.2 小结  65-66
      4.3.2.3 曲线拟合及其表达式  66-68
    4.3.3 本节小结  68-69
  4.4 腹板双角钢连接钢框架柱计算长度系数的计算  69-75
    4.4.1 无侧移情况  69-73
    4.4.2 有侧移情况  73-74
    4.4.3 本节小结  74-75
  4.5 顶底翼缘角钢连接钢框架柱计算长度系数的计算  75-80
    4.5.1 无侧移情况  75-78
    4.5.2 有侧移情况  78-80
    4.5.3 本节小结  80
  4.6 本章小结  80-82
第5章针对顶底翼缘角钢连接钢框架的结构性能分析  82-94
  5.1 有限单元法及ANSYS简介  82
  5.2 分析方法及相关参数的确定  82-85
    5.2.1 分析方法  82-83
      5.2.1.1 模态分析  83
      5.2.1.2 静力分析  83
      5.2.1.3 屈曲分析  83
    5.2.2 计算模型的确定  83-85
  5.3 顶底翼缘角钢连接对结构周期的影响  85-87
  5.4 顶底翼缘角钢连接对结构位移的影响  87-91
  5.5 顶底翼缘角钢连接对结构稳定性的影响  91-92
  5.6 本章小结  92-94
第6章本文结论与前景展望  94-98
  6.1 本文结论  94-96
  6.2 前景展望  96-98
参考文献  98-101
致谢  101-102
附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录与参加的学术活动  102

半刚接钢框架柱计算长度系数及结构性能分析

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