端板连接梁柱节点钢框架抗连续倒塌性能研究

摘要

端板连接节点是目前钢结构工程中应用最为广泛的节点形式之一，因其构造形式简单、易加工成型、标准化生产、施工便宜等优势而备受工程师和研究者的青睐，对其受力特性的研究亦不计其数。本文通过对端板连接节点进行有限元数值模拟分析，研究其节点刚度及其影响因素，分析表明节点刚度对结构的静力分析和动力分析呈现非线性影响。尤其是在偶然荷载作用下，当框架柱突然失效退出工作时，结构将产生较大的动力响应，端板连接节点对钢框架的抗连续倒塌性能影响很大，在柱失效后节点产生较大变形耗散能量，提高结构的延性，增强结构的抗连续倒塌能力。本文主要研究内容包括： （1）对端板连接梁柱节点进行有限元数值模拟分析，研究其在单向加载时的弯矩转角关系曲线和在循环加载作用下的滞回性能，分析结果与Eurocode3的理论方法计算结果吻合较好，同时对端板加劲肋、螺栓直径、端板厚度以及柱腹板加劲肋等影响节点性能的因素进行有限元数值模拟对比分析，分析表明柱腹板加劲肋能显著提高节点的刚度，缓解节点的应力集中现象。此外分析表明端板连接节点具有较好的滞回性能，因此对于有抗震要求的结构，节点形式建议采用带有端板加劲肋和柱腹板加劲肋的端板连接节点。 （2）分别对刚性连接和端板连接平面钢框架的抗连续倒塌性能进行有限元数值模拟对比分析，分析表明端板连接对钢框架结构的抗连续倒塌分析有较大影响。端板连接能降低梁的端弯矩，增大梁的跨中弯矩和边柱的轴力，结构的内力和动力特性都与节点刚度呈现非线性变化关系。同时分析表明，节点在构件失效时产生较大的变形，满足“强节点弱构件”的延性原则，提高结构的抗连续倒塌能力，因此在设计中应充分考虑端板连接节点的半刚性特性。 （3）对影响端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的构件失效时间、失效位置以及支撑的设置等影响因素进行有限元数值模拟对比分析，分析表明将构件失效时间取剩余结构第一周期的1/10是合理且保守的，边柱和角柱的破坏引起结构的动力响应较大，而支撑能有效地提高结构的抗连续倒塌性能。 （4）运用拆除构件法分别撤除8根柱，对某物流批发市场三层端板连接钢框架进行抗连续倒塌分析，分析表明结构在撤除构件后均易发生连续倒塌。采用支撑对结构进行加固提高结构的抗连续倒塌能力。

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摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 连续倒塌研究背景

1.1.1 连续倒塌简介

1.1.2 国内外研究现状

1.2 结构抗连续倒塌设计规范

1.2.1 欧洲规范

1.2.2 英国规范

1.2.3 美国规范

1.2.4 我国规范

1.3 钢框架半刚性连接节点研究概述

1.3.1 钢框架半刚性连接节点研究背景

1.3.2 现有分类方法和研究现状

1.3.3 半刚性梁柱节点的M-φ模型

1.4 本文主要研究内容

本章参考文献

第二章外伸端板连接梁柱节点有限元分析

2.1 梁柱半刚性连接节点概述

2.1.1 常见的半刚性节点形式

2.1.2 半刚性节点的组件方法

2.2 T型件的组件方法

2.2.1 T型件的受力性能分析

2.2.2 线性多弹簧组件式模型

2.2.3 Eurocode 3推荐的组件方法

2.3 外伸端板连接梁柱节点有限元分析

2.3.1 端板连接梁柱节点概述

2.3.2 建立节点有限元分析模型

2.3.3 螺栓预紧力的施加

2.3.4 有限元分析结果分析讨论

2.4 影响节点受力特性的因素分析

2.4.1 不同影响因素有限元模型建立

2.4.2 有限元分析结果分析讨论

2.5本章小结

本章参考文献

第三章 端板连接平面钢框架连续倒塌研究

3.1 结构的连续倒塌概述

3.1.1 结构抗连续倒塌的设计方法

3.1.2 结构连续倒塌的失效准则

3.2 钢框架刚性连接抗连续倒塌分析

3.2.1 钢框架刚性连接静力分析

3.2.2 有限元连续倒塌分析

3.2.2 有限元结果讨论与分析

3.3 钢框架端板连接连续倒塌分析

3.3.1 钢框架端板连接静力分析

3.3.2 有限元连续倒塌分析

3.4 有限元分析结果对比

3.4.1 端板连接节点对钢框架静力分析的影响

3.4.2 端板连接节点对钢框架连续倒塌的影响

3.5 本章小结

本章参考文献

第四章 影响端板连接钢框架连续倒塌的因素分析

4.1 构件失效时间的影响

4.2 构件失效位置的影响

4.3 柱间支撑的影响

4.3.1 对静力分析的影响

4.3.2 对连续倒塌分析的影响

4.3.3 不同柱间支撑的布置方案对比

4.4 本章小结

第五章 端板连接钢框架抗连续倒塌工程应用研究

5.1 工程背景

5.2 节点刚度有限元数值模拟

5.2.1 有限元模型建立

5.2.2 有限元分析结果

5.3 钢框架连续倒塌分析

5.3.1 塑性铰设置

5.3.2 结构连续倒塌分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

发表论文和参加科研情况说明

致谢