仓储结构新型可拆换高延性梁-柱节点低周性能研究

摘要

大型组装式钢货架作为当今主流的仓储结构体系，在各个行业应用广泛，具有广阔的前景。但其采用的分离式柱卡节点在承载和耗能方面性能较差，使得货架结构抗震能力薄弱，存在极大的安全隐患。因此，对传统节点进行改进和研究，提出新型的货架梁-柱节点，对货架结构承载能力和抗震能力的提高具有重要的理论意义和工程应用价值。
　　本文在传统分离式节点的基础上，提出一种合理高效的新型可拆换高延性梁-柱节点。新型节点结合快速插接和螺栓连接两种节点的优势，大幅提升货架节点的刚度和延性，有效增强其承载性能和抗震性能。同时，可拆换的节点形式能够促进全镀锌货架的推出，废除传统喷塑的防锈工艺，使货架的加工绿色环保无污染，提高生产效率，大幅度提升仓储结构的结构性能和可持续发展能力。
　　本文结合不同的工艺做法，共研究两类五种货架梁-柱节点。首先，依据相关规范规定，设计和制定节点双悬臂梁试验装置及方案，对五种节点进行低周反复荷载试验研究;其次，通过试验结果和现象的整理分析，对五种节点的承载性能和抗震性能进行详细研究;接着，采用有限元对五种节点进行数值模拟，与试验结果对比，进一步研究货架梁-柱节点的性能，总结其主要影响因素;最后，对新型梁-柱节点进行参数化分析，研究各个因素的影响关系，为接下来的工程应用和研究改进提供参考依据。
　　通过上述研究，主要结论如下:
　　1.分离式节点的破坏模式由于立柱处对穿螺栓的设置而不同。传统分离式节点的破坏模式为上、下卡舌撕裂脱落;增设立柱对穿螺栓后，卡舌受力和柱卡变形得到改善，破坏模式为横梁梁端裂缝断裂。
　　2.整体式节点的失效破坏主要发生在横梁与牛腿连接处，由于连接形式的不同而不同。新型整体式节点由于横梁梁端螺栓脱出而失效破坏，采用对穿螺栓连接横梁的整体式节点由于横梁梁端对穿螺栓剪断而失效，采用压铆螺母连接横梁的整体式节点易因横梁梁端压铆螺母脱落而失效。
　　3.五种节点均有一定程度的滑移性，弯矩—转角滞回曲线均有不同程度的“捏缩”。对于传统分离式节点，立柱对穿螺栓的设置能够有效改善正反向受力的不对称性，节点在承载性能和抗震性能上均有显著提高。
　　4.整体式柱卡实现了节点的整体性，改善节点的受力性能，显著提升节点的承载能力、延性以及能量耗散能力，对节点抗震性能的提高起到关键作用。
　　5.横梁和牛腿的连接方式对整体式节点的承载性能和抗震性能有重要影响。在横梁梁端翼缘开螺纹孔，通过顶面和底面螺栓与其连接，使整体式节点在受力和抗震耗能等方面表现最好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 目前国内外研究现状

1．2．1 仓储货架结构的研究现状

1．2．2 货架梁-柱节点性能的研究现状

1．2．3 目前存在的不足

1．3 本文研究对象

1．3．1 组装式钢货架体系介绍

1．3．2 本文研究的货架节点介绍

1．4 本文的主要工作

第二章 节点低周反复荷载试验研究

2．1 试验目的

2．2 材性试验

2．2．1 板材试件设计

2．2．2 板材试件试验结果

2．3 试验设计

2．3．1 试件设计

2．3．2 加载装置

2．3．3 量测仪器的布置

2．3．4 加载制度

2．4 试验加载过程

2．5 试验过程及破坏现象

2．5．1 节点JD1

2．5．2 节点JD2

2．5．3 节点JD3

2．5．4 节点JD4

2．5．5 节点JD5

2．6 试验破坏模式及影响因素

2．6．1 破坏模式分析

2．6．2 破坏影响因素分析

2．7 本章小结

第三章 低周反复试验结果分析

3．1 梁-柱节点弯矩—转角曲线的计算及修正

3．1．1 实测节点转角θ和弯矩M的计算

3．1．2 节点转角θ和弯矩M的几何修正

3．2 弯矩—转角滞回曲线

3．2．1 节点JD1—JD5滞回曲线

3．2．2 滞回曲线的特征及分析

3．3 骨架曲线

3．3．1 试件JD1—JD5骨架曲线

3．3．2 节点松动滑移量

3．4 节点刚度

3．4．1 试件JD1-JD5节点刚度

3．4．2 节点刚度取值比较

3．5 等效粘滞阻尼系数

3．5．1 试件J1l—JD5等效粘滞阻尼系数

3．5．2 等效粘滞阻尼系数趋势分析

3．6 位移延性系数

3．7 刚度退化

3．8 能量耗散

3．8．1 试件JD1—JD5总耗能

3．8．2 加载过程耗能情况

3．9 本章小结

第四章 有限元精细模型分析

4．1 有限元软件ABAQUS

4．2 货架节点有限元模型建立

4．2．1 有限元模型整体形式

4．2．2 网格划分

4．2．3 接触设定

4．3 节点JD1

4．3．1 结果对比

4．3．2 模型分析

4．4 节点JD2

4．4．1 结果对比

4．4．2 模型分析

4．5 节点JD3

4．5．1 结果对比

4．5．2 模型分析

4．6 节点JD4

4．6．1 结果对比

4．6．2 模型分析

4．7 节点JD5

4．7．1 结果对比

4．7．2 模型分析

4．8 本章小结

第五章 新型节点参数影响研究

5．1 立柱处对穿螺栓尺寸影响分析

5．1．1 参数设置

5．1．2 结果分析

5．2 立柱处对穿螺栓位置影响分析

5．2．1 参数设置

5．2．2 结果分析

5．3 横梁处螺栓尺寸影响分析

5．3．1 参数设置

5．3．2 结果分析

5．4 柱卡爪件形式影响分析

5．4．1 参数设置

5．4．2 结果分析

5．5 牛腿厚度影响分析

5．5．1 参数设置

5．5．2 结果分析

5．6 牛腿长度影响分析

5．6．1 参数设置

5．6．2 结果分析

5．7 加劲板形状影响分析

5．7．1 参数设置

5．7．2 结果分析

5．8 本章小结

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者读研期间的论文

致谢