钢框架梁柱弱轴螺栓拼接节点的抗震性能分析

摘要

钢框架梁柱螺栓拼接节点是我国高层钢结构技术规程和建筑抗震设计规范的推荐形式，这种连接具有工厂焊接，工地高强螺栓拼接的综合优势，焊缝质量有保证，同时可以加快施工进度，因此在国内外的多高层房屋和工业厂房中得到了广泛应用。但是对这种节点的抗震性能，尤其是梁柱弱轴（腹板）方向的连接罕有研究。事实上，钢结构框架一般纵横两个方向均为框架，梁柱腹板连接和翼缘连接一样非常普遍，而且理论分析和设计更为困难，因此，研究梁柱弱轴螺栓拼接节点在循环荷载作用下受力性能和破坏机理并提出抗震设计建议，具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文先对几种拼接设计方法进行理论分析并根据抗弯钢框架的受力特点总结出了一种改进的拼接设计方法，然后利用这几种设计方法进行了拼接设计，并对设计结果进行了有限元模拟，有限元计算中考虑了几何非线性（大变形、大应变）、材料非线性（材料的强化和软化）和接触非线性（螺栓杆与孔以及拼接板与梁之间等的接触）的三重非线性的影响。通过对拼接设计计算和有限元模拟结果比较后，发现这种新的拼接设计方法具有传力明确、计算简便、受力合理、材料用量经济的优点，因此以这种新的拼接设计方法所设计的试件作为基本试件，通过改变梁、柱翼缘、腹板的厚度，以及翼缘和腹板拼接板的厚度等设计了一系列试件，并对这一系列试件进行了单调和循环加载，深入分析了每一个参数对节点抗震性能的影响，得出了一系列重要的结论并提出了一些建议，对拼接节点的抗震设计、施工具有重要的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.引言

1.1课题背景、研究目的和意义

1.2梁柱腹板连接的形式和分类

1.3刚性钢框架梁柱拼接设计的规定

1.3.1节点设计的一般构造要求和设计规定

1.3.2刚性框架梁柱拼接设计方法

1.4钢框架梁柱弱轴拼接节点的研究现状

1.5本文主要工作

2.有限元理论及程序的选取

2.1有限元基本理论

2.1.1有限元的求解过程

2.1.2非线性问题

2.1.3塑性力学基本法则

2.2有限元程序的选取

2.3梁柱弱轴螺栓拼接节点有限元模型的建立

2.3.1材料特性选取

2.3.2几何模型的建立及网格的划分

2.3.3定义接触单元和预拉力单元

2.3.4加载及求解

2.3.5破坏准则的确定

2.3.6后处理及采用的分析指标

2.3.7有限元程序的验证

3.梁柱弱轴拼接试件的设计

3.1基本试件梁柱尺寸的确定

3.2梁柱弱轴拼接节点试件设计

3.2.1拼接节点设计计算原理

3.2.2拼接节点基本试件设计计算

3.3拼接节点有限元模拟

3.3.1材料特性选取

3.3.2网格的划分

3.3.3加载方案

3.4有限元计算结果分析

3.4.1 S-F法试件分析

3.4.2常规设计试件与S-F法试件比较

3.5系列试件设计

4.梁柱弱轴螺栓拼接节点影响因素分析

4.1系列试件单调加载分析

4.1.1 FSPT系列试件

4.1.2 WSPT系列试件

4.1.3 BFT系列试件

4.1.4 BWT系列试件

4.1.5 CFT系列试件

4.1.6 CWT系列试件

4.1.7 CAC系列试件

4.2系列试件滞回性能分析

4.2.1 FSPT系列试件

4.2.2 BFT系列试件

4.2.3 BWT系列试件

4.2.4 CFT系列试件

4.2.5 CAC系列试件

4.3本章小结

5.结论及后继工作

5.1结论与抗震设计建议

5.2后继工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表论文