箱型柱钢框架翼缘与腹板削弱节点受力性能的非线性分析及优化设计方法

摘要

钢结构是土木工程的主要结构形式之一，由于具有独特性能，钢结构在房屋建筑、地下建筑、桥梁、海洋平台、港口建筑、矿山建筑、等方面都得到广泛采用。但同时钢结构在地震中的破坏以及在施工中出现的事故，特别是1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震后，使人们认识到钢结构梁柱节点连接的安全性和可靠性对钢结构整体性能有着重要的影响。一般钢结构梁柱节点的连接采用刚性连接设计，以保证主梁与柱具有足够的刚度，一般按照连接方法可以分为：焊接节点、螺栓连接节点和栓焊混合连接节点。 本文首先通过对比，针对三种主要的梁柱节点连接形式，即焊接节点、栓焊连接节点和栓焊混合连接节点，作了系统的分析、研究。特别探讨了耗能系数作为焊接节点耗散地震能量的衡量指标，计算了不同形式的焊接节点在循环荷载作用下的耗能系数。 其次，在现有研究成果基础上，对已总结出的典型的连接形式的刚度参数值，采用该刚度参数值分析了对钢框架结构性能的影响。 再次，针对现行钢框架中大多采用H型柱的情况，而现在建筑工程中箱型柱越来越多的被采用，有必要阐述利用翼缘与腹板削弱对梁柱节点形式来优化设计钢框架梁柱节点。运用有限元ANSYS程序进行大量的计算，对栓焊型翼缘与腹板削弱梁柱节点进行各种荷载作用下受力性能的对比分析，总结出通过对梁翼缘、腹板进行合理削弱，其削弱位置与尺寸设计合理时，节点在荷载作用下应力最大值将出现在具有很大塑性变形能力的梁削弱部位，偏离了在很多实际工程中最容易发生脆性破坏的梁柱节点连接处，达到延性设计的目的。同时讨论了柱中加劲肋的厚度对模型的滞回性能的影响，如何避免梁的提前失稳等问题。 最后，根据已有的研究分析结果，提出经济、合理、实用的节点削弱形式，对实际工程应用有一定参考价值。

目录

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第一章绪论

1.1钢结构的特点和应用、发展趋势

1.2钢结构连接方式的研究工程意义

1.3国外大地震与国内钢结构建筑事故的探讨

1.4梁柱焊接节点断裂原因分析与钢结构建筑事故分析结论

1.5新型梁柱刚性连接类型

1.6国内外梁柱节点连接的研究方法

1.6.1节点性能研究方面

1.6.2节点型式的改进

1.7本文研究的主要内容

第二章梁柱节点的连接方法与分析

2.1引言

2.2梁柱节点连接计算与优化设计

2.3典型节点形式的刚性刚度参数

2.4典型节点连接半刚性参数α计算

2.4.1节点连接半刚性参数α的定义

2.4.2计算典型梁柱节点连接半刚度参数α

2.5考虑梁柱焊接接头在模拟地震荷载下的有限元分析

2.6优化梁柱节点的设计方法

第三章ANSYS进行普通与翼缘、腹板削弱梁柱节点的分析、比较

3.1有限单元法的概念

3.2计算模型

3.3高强螺栓连接的梁柱节点

3.4单元选择

3.4.1 CONTA174接触单元和TARGE170目标面单元

3.4.2 PRETES179螺栓预紧单元

3.5有限元计算方法的准确性的验证

3.6计算结果分析方式

3.7弹性分析结果

3.8弹塑性分析结果

3.9结论与建议

第四章用有限元程序ANSYS进行梁柱节点的优化设计

4.1分析方案

4.2加载

4.3 ANSYS程序计算的结果

4.4数据处理

4.5优化翼缘削弱式节点的计算结果分析

4.6优化腹板削弱式节点的计算结果分析

4.7翼缘削弱式节点优化尺寸设计

4.8腹板削弱式节点优化尺寸设计

第五章结论与展望

5.1本文的研究结论

5.2展望

致 谢

参考文献

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