高层建筑幕墙立柱连接处接触问题的参数化分析

摘要

目前，对于幕墙连接处关键节点的力学性能的研究缺少理论依据，本文针对幕墙立柱、横梁接触部位的节点受力问题进行了深入的研究。立柱是面板与主体结构间主要的支承构件，其受力情况影响了整个幕墙结构的稳定性，一旦立柱破坏，整个幕墙结构就会失效。横梁支承在立柱上，与立柱形成框架结构，使得结构承载力提高，因此，立柱与横梁处的连接节点的力学性能也十分关键。在节点设计上要注重整体幕墙在正常工作状态下的变形能力和在极限状态下的承载能力。本文运用有限元软件ABAQUS对幕墙关键节点的非线性接触问题进行参数化分析，主要研究内容和取得的成果包括：
　　1.对幕墙立柱连接处的力学模型进行了探讨。对比分析多跨铰接静定梁模型、双跨连续梁模型以及相应带插芯的立柱模型，从应力、挠度和极限承载力几个方面进行受力对比分析，得到了节点处的连接形式，提出了结构设计时插芯的建议长度。
　　2.分析了大跨度层高幕墙立柱力学性能。对于大跨度的立柱，在大层高处采用通长插芯进行加强可以使得正常使用承载力提高约2倍，采用双跨连续梁加通长插芯的方式可以显著的提高立柱的正常使用承载力。
　　3.对幕墙立柱与横梁连接处的节点进行了分析。介绍了现有的几种立柱和横梁的连接形式，由于其破坏形式各异，着重对其中两种连接形式进行建模分析，得到了节点处的连接形式。

目录

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 国内外幕墙发展情况

1.3 幕墙特点及其性能要求

1.4 国内外幕墙研究现状

1.5 课题研究意义

1.6 本文所做的主要工作

第二章 有限元法及ABAQUS接触分析

2.1 有限元法原理

2.2 屈服准则[38]

2.3 有限元软件ABAQUS

2.4 接触问题概述

2.5 接触形成

2.6 接触属性

2.7 接触的收敛与诊断

2.8 有限元模型建立

2.9 本章小结

第三章 幕墙立柱连接处的力学模型研究

3.1 本章研究背景

3.2 幕墙立柱与插芯的连接构造

3.3 模型的边界条件

3.4 本构关系

3.5 本章有限元模型的建立

3.6 极限承载力判定标准

3.7 多跨铰接静定梁模型

3.8 双跨连续梁模型

3.9 本章小结

第四章 大跨度层高的幕墙立柱力学性能分析

4.1 本章研究背景

4.2 “铝合金立柱+铝合金插芯”的工作原理分析和基本假定

4.3 大跨度层高处立柱两种加强方式的对比

4.4 大跨度立柱采用双跨梁形式的加强

4.5 大跨度立柱采用双跨梁形式的参数化分析

4.6 本章小结

第五章 幕墙立柱与横梁连接处的力学分析

5.1 本章研究背景

5.2 横梁设计

5.3 横梁与立柱连接形式

5.4 节点连接形式

5.5 角码插接式的计算分析

5.6 角码胀浮式的计算分析

5.7 本章小结

第六章 结论及展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

附录一：攻读硕士学位期间发表的论文

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