钢结构住宅中RHS柱与H型钢梁节点试验及关键技术研究

摘要

多层钢结构住宅结构是钢结构建筑研究中的重要课题之一，从结构形式到配套技术都需要进行研究。目前，H型钢柱与H型钢梁构成的框架结构和框架一支撑结构体系在我国已经得到比较深入的研究，但从结构的经济性方面分析，由于RHS(Rectangular Hollow Section)柱比H型钢柱具有更好的双向抗弯、抗扭、稳定性等能力，多层框架结构和框架-支撑结构采用RHS柱与H型钢梁组合在某些条件下经济性更好。本文在结构经济性分析的基础上，通过研究多层框架结构和框架一支撑结构的受力和变形，得到了优化的梁、柱组合形式和设计准则。 RHS柱与H型钢梁通常采用焊接连接，但结构如发生节点破坏，则通常是由于在焊接区近旁产生很大的应变集中引起的，所以迫切需要研究其它的连接方式。而半刚性节点允许节点区域发生一定的相对变形，故可以缓和杆件内的应力集中，本文对RHS柱与H型钢梁的半刚性连接也展开了研究，提出了在RHS柱柱壁和衬板上用攻丝代替螺母的螺栓端板连接方式。通过试验、理论分析和数值模拟研究了这种连接方式的弯矩-转角关系及抗震特性，并给出这种连接方式的设计施工建议。 为了考察半刚性连接对整体框架结构和框架一支撑结构的影响，本文讨论了两种半刚性连接的有限元模型一节点单元法和释放梁端弯矩法的优缺点，并通过释放梁端弯矩法研究了半刚性框架在多遇地震作用下的特点。论文还推导了简化的计算公式，并利用其研究了在静力作用下，半刚性连接对框架结构和框架-支撑结构的侧移和弯矩的影响。 另外，楼板也是多层钢结构住宅中的一个重要研究对象，由于预应力薄板叠合板在我国的混凝土结构中应用较为广泛，论文初步研究了将其应用到钢结构住宅中时遇到的一些问题。当计算楼面梁时，楼盖和钢梁在竖向荷载作用下需要按照组合梁来计算。由于这种叠合楼板整体性不好，为保证楼板能够传递水平力，本文提出了在水平荷载作用下按照隔板作用来计算楼板与钢梁之间的作用力，并在此基础上建议了这种楼板与钢梁连接的构造措施。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究的背景

1.2半刚性连接的研究现状

1.2.1国外半刚性端板连接的现状

1.2.2国内半刚性端板连接的现状

1.2.3 RHS柱与H型钢梁半刚性连接的研究现状

1.3半刚性连接框架的研究现状

1.4问题的提出

1.5本文的主要研究内容

第二章多层轻钢住宅结构的经济性分析

2.1前言

2.1.1多层钢结构住宅承重结构体系

2.2结构体系的经济性设计

2.2.1 经济性设计的前提

2.2.2 结构设计原则

2.2.3 结构体系的经济性影响参数分析

2.3小结

第三章RHS柱与H型钢梁端板连接的节点试验研究

3.1前言

3.2试验研究

3.2.1 试验目的

3.2.2试件的设计

3.2.3 材性试验

3.2.4 加载装置及加载方式

3.2.5 测量方案

3.2.6 屈服与破坏的判定

3.2.7 节点延性的判定

3.3试验过程描述及结果分析

3.3.1试验过程描述

3.3.2试验结果

3.3.3试验结果分析

3.4小结

第四章RHS柱与H型钢梁端板连接的性能研究

4.1前言

4.2连接M-θ关系曲线的数学模型

4.2.1 现有的弯矩—转角关系模型

4.2.2 本章弯矩—转角关系模型

4.3 RHS柱与H型钢梁端板连接的性能参数

4.3.1 参数确定的方法

4.3.2 初始转动刚度

4.3.3 塑性弯矩承载力

4.3.4 计算结果验证

4.4端板连接参数有限元分析研究

4.4.1 有限元模型的验证

4.4.2连接的参数分析

4.4.3连接的变形

4.4.4应变的硬化刚度

4.5算例：RHS柱与H型钢梁连接的弯矩—转角关系

4.6小结

第五章半刚性连接结构的整体性分析

5.1前言

5.2连接的分类

5.3半刚性框架的有限元计算方法

5.3.1 释放梁端弯矩法

5.3.2节点单元法

5.3.3 在有限元程序中的实现

5.4静力荷载作用下节点刚度对框架的影响

5.4.1 水平荷载作用下连接刚度对结构侧移的影响

5.4.2 竖向荷载作用下连接刚度对弯矩分配的影响

5.5半刚性框架的动力反应

5.6半刚性框架的经济性分析

5.7半刚性连接框架的设计

5.8小结

第六章钢结构住宅的楼板配套技术探讨

6.1前言

6.2叠合板与钢梁的连接形式

6.3叠合板与钢梁的连接计算

6.3.1 在竖向荷载作用下叠合板与钢梁的连接

6.3.2 在水平荷载作用下叠合板与钢梁的连接

6.4叠合板与钢梁的连接构造

6.5预应力混凝土叠合楼盖与钢梁在水平作用下连接计算例题

6.6小结

第七章总结与展望

7.1 总结

7.2设计施工建议

7.3展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文