弯矩、轴拉力共同作用下钢框架梁柱四角钢连接性能研究

摘要

半刚性连接的钢框架内填钢筋混凝土剪力墙结构是一种新型结构形式,融合了钢框架和剪力墙两种结构的优点,小震下结构有很大侧向刚度,大震下梁柱连接有较大的转动能力,具有广泛的应用前景,是抗震结构的理想选择。该结构体系在水平力作用下,由于混凝土剪力墙的作用,钢梁内会产生很大的拉力,对连接性能有较大影响。对弯矩、轴拉力共同作用下四角钢半刚性连接性能的研究尚未见诸文献,对其受力性能和破坏机理的认识还远不够,本文对弯矩、轴力共同作用下梁柱四角钢连接性能进行研究,具有理论和实际意义。
　　 本文采用三维非线性(材料、几何和状态的非线性)有限元法对梁柱四角钢连接进行了单向加载分析,所有组件的接触面都设了反映边界状态的接触单元。在将有限元计算结果与试验结果对比验证后,系统地分析了65个有限元试件,把得到的纯弯连接初始刚度、抗弯承载力和弯矩-转角关系曲线与现有简化理论计算值进行了比较,验证了现有简化公式的适用性。基于本文有限元分析结果,提出了弯矩、轴拉力共同作用下连接的初始刚度、抗弯承载力和弯矩.转角关系曲线简化计算方法。
　　 最后,在总结全文工作的基础上,提出了有待进一步研究的问题。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 梁柱连接的形式和分类

1.3 国内外半刚性连接的研究现状

1.3.1 国外半刚性连接研究状况

1.3.2 国内半刚性连接研究状况

1.4 各国规范中梁柱连接的相应规定

1.5 本文的研究内容

第二章 半刚性连接特性及模拟

2.1 概述

2.2 半刚性连接的数学模型

2.2.1 线性模型

2.2.2 多项式模型

2.2.3 B样条模型

2.2.4 指数函数模型

2.2.5 幂函数模型

2.3 纯弯曲四角钢连接的计算模型

2.3.1 悬臂梁模型

2.3.2 刚架模型

第三章 ANSYS非线性有限元建模及算例验证

3.1 概述

3.2 有限元基本理论

3.2.1 材料非线性

3.2.2 几何非线性

3.2.3 屈服准则

3.2.4 强化准则

3.2.5 极限承载力判别准则

3.3 接触问题

3.4 ANSYS有限元建模

3.4.1 几何模型

3.4.2 材料属性

3.4.3 单元类型与划分网格

3.4.4 定义接触单元

3.4.5 定义螺栓预拉力单元

3.4.6 施加边界约束条件和载荷

3.4.7 求解选项设置

3.4.8 结果的后处理

3.4.9 破坏准则

3.5 算例验证

第四章 有限元分析结果

4.1 试件设计

4.1.1 BASE试件

4.1.2 其它试件参数设计

4.2 有限元计算结果分析

4.2.1 极限抗弯承载力

4.2.2 初始刚度

4.2.3 弯矩转角关系曲线

4.3 纯弯四角钢连接简化计算公式适用性分析

4.3.1 悬臂梁模型

4.3.2 刚架模型

4.3.3 有限元计算结果与理论计算结果的对比

第五章 弯矩、轴拉力共同作用下四角钢连接性能简化计算方法

5.1 极限弯矩

5.1.1 极限抗弯承载力公式

5.1.2 公式(5.1)计算值与有限元结果对比

5.2 初始刚度

5.2.1 初始刚度公式

5.2.2 公式(5.2)计算值与有限元结果对比

5.3 弯矩-转角关系曲线

5.3.1 弯矩-转角关系公式

5.3.2 公式(5.3)与有限元结果对比

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简历