螺栓连接节点梁柱子结构抗冲击性能研究

摘要

近年来，由于地震、爆炸、恐怖袭击等灾害频繁发生，结构在极端荷载下严重受损，倒塌的事故时有发生，造成重大人员伤亡和财产损失，特别是对于重要的大跨和高层建筑。当这些建筑发生连续倒塌时，造成的危害更是无法估量。在极端荷载作用下，结构将产生非线性大变形，关键构件的失效可能引起周边构件的失效，从而导致结构的整体倒塌。本文使用湖南大学高性能落锤试验机对常用螺栓连接节点梁柱子结构的抗冲击性能进行了试验研究，并采用ABAQUS有限元分析软件进行数值模拟。主要开展了以下几个方面的研究工作:
　　 (1)进行了2个端板连接节点梁柱子结构和2个T型钢连接节点梁柱子结构的抗冲击性能试验研究，分析了不同节点的破坏模式;揭示了冲击过程中试件整体变形、锤头冲击力等抗冲击性能指标的变化发展规律。
　　 (2)运用有限元软件ABAQUS/Explicit建立了端板连接节点梁柱子结构和T型钢连接节点梁柱子结构的数值分析模型，并针对冲击试验所得的动力响应进行数值模拟，数值分析结果与冲击试验结果吻合的较好。
　　 (3)利用有限元分析的结果，并依据冲击试验得到的数据，分别提出了刚性节点梁柱子结构和半刚性节点梁柱子结构基于位移的动态悬链线发展模型。估算了静力平台值，并和静力分析模型比较，总体较为吻合，说明利用有限元的静力分析得到的动态悬链线模型是合理的。
　　 (4)提出了抗力影响系数的概念，用来衡量各个阶段试件的抗弯承载力和轴拉承载力对结构承载力的贡献。结果显示本文中已经发展了一定程度悬链线效应的端板连接节点梁柱子结构在试验范围内仍然以抗弯承载为主。

目录

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摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 高强螺栓连接的特点和发展

1．2 钢结构梁柱螺栓连接节点的特点和发展

1．2．1 钢结构梁柱连接节点的特点

1．2．2 钢结构梁柱螺栓连接节点的发展

1．3 课题的研究背景和意义

1．4 国内外相关课题的研究现状

1．4．1 钢材动态力学性能研究

1．4．2 端板连接节点性能的研究

1．4．3 T型钢连接节点性能的研究

1．4．4 钢结构抗连续倒塌性能的研究

1．5 课题研究内容、方法及研究成果

1．5．1 研究内容和方法

1．5．2 研究成果

第2章 端板节点梁柱子结构动态力学性能试验研究

2．1 引言

2．2 试验设计

2．2．1 试验模型

2．2．2 试件设计

2．2．3 试验用材料

2．3 冲击试验装置和测量仪器

2．3．1 刚性底座

2．3．2 落锤冲击试验机

2．3．3 试验测试仪器和方法

2．4 试验方法与流程

2．5 试验结果与分析

2．5．1 冲击试验

2．5．2 残余变形

2．5．3 冲击力、位移时程曲线

2．5．4 应变时程曲线

2．5．5 冲击力-转角关系曲线

2．5．6 试件抗冲击性能分析

2．6 本章小结

第3章 T型钢节点梁柱子结构动态力学性能试验研究

3．1 试验设计

3．1．1 试件设计

3．1．2 试验用材料

3．2 试验方法与流程

3．3 试验结果与分析

3．3．1 破坏形态

3．3．2 冲击力、位移时程曲线

3．3．3 应变时程曲线

3．3．4 冲击力-转角关系曲线

3．3．5 试件抗冲击性能分析

3．4 本章小结

第4章 螺栓连接节点梁柱子结构冲击试验有限元模拟

4．1 ABAQUS有限元分析软件

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 模型的简化

4．2．2 单元类型

4．2．3 材料模型

4．2．4 网格划分

4．2．5 模型中的接触

4．2．6 边界条件

4．3 冲击试验有限元模拟

4．3．1 冲击力、位移时程曲线

4．3．2 冲击力-转角关系曲线

4．3．3 试件变形

4．3．4 截面内力分析

4．4 悬链线效应分析

4．4．1 几何相似性

4．4．2 静态悬链线效应分析

4．4．3 结构抗力影响系数

4．4．4 考虑悬链线效应的结构承载力增大系数

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢