模块化钢框架新型连接节点及结构力学性能研究

摘要

作为装配式建筑中预制化程度最高的建筑形式之一，模块化建筑以其在施工、管理和绿色环保方面的独特优势逐渐发展成为我国建筑工业化的热点。但是目前国内对于模块化建筑的相关研究仍旧匮乏，这不利于中国模块化建筑的发展。因此本文综合国内外模块化建筑的相关技术研究，针对模块化建筑节点性能、整体结构性能以及结构体系设计开展研究，主要内容如下：
　　(1)提出一种新型模块化钢框架板式内套筒连接节点。节点采用内套筒与上下层模块柱焊接方式实现模块单元竖向连接，采用开孔的连接板固定内套筒实现模块单元水平方向的连接。将内套筒与模块化钢框架柱顶预先在工厂进行焊接，施工现场通进行后续的安装，大大提高了施工效率。
　　(2)采用ABAQUS有限元分析软件，针对提出的新型模块化钢框架板式内套筒连接节点的力学性能进行了数值模拟。通过改变连接板厚度和内套筒厚度参数，建立7个节点有限元模型，提取节点关键位置应力路径进行分析，研究新型模块化钢框架板式内套筒连接节点单调静力性能与抗震性能。节点在极限承载力状态下钢梁与方钢管柱连接区域形成塑性铰，内套筒与连接板远未达到屈服。孔洞边缘区域因截面模量突变出现应力集中现象，建议连接板孔洞四周做圆弧处理，消除或减小应力集中现象。改变连接板厚度和内套筒厚度对节点承载力和抗震性能影响不大，但增加内套筒厚度可以改善内套筒局部应力状态，减小内套筒受压区域的应力集中，建议内套筒厚度应大于或等于钢管柱壁厚度。
　　(3)采用ABAQUS有限元分析软件建立采用新型模块化钢框架板式内套筒连接节点的模块化钢框架结构模型，研究整体结构的抗侧性能与抗震性能，并提取关键位置应力路径来分析其梁、柱应力分布。模块化钢框架结构在柱顶低周往复荷载作用下滞回曲线呈梭形，刚度退化趋势较为平缓，具有良好的抗震性能。在极限承载力状态下框架梁翼缘与柱连接区域出现塑性铰，内套筒与连接板远未达到屈服，满足“强节点弱构件”的设计要求。
　　(4)对钢结构模块化建筑结构体系的设计内容进行了总结。进行了新型模块化钢框架板式内套筒连接节点的节点域的计算。最后以一栋四层模块化宿舍楼为例，对模块化钢框架结构体系进行了设计与计算，可以为模块化钢框架结构体系的设计提供参考依据。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 模块化建筑的概念

1.3 模块化建筑国内外发展现状

1.4 钢结构模块化建筑国内研究概况

1.5 钢结构模块化建筑结构体系研究意义

1.6 本文主要研究内容

第2章 模块化钢框架新型连接节点力学性能分析

2.1新型模块化钢框架板式内套筒连接节点

2.2 节点有限元模型

2.3 节点单向静力性能分析

2.4 节点抗震性能分析

2.5 本章小结

第3章 模块化钢框架结构力学性能分析

3.1 有限元模型建立

3.2模块化钢框架结构抗侧性能分析

3.3模块化钢框架结构抗震性能分析

3.4 本章小结

第4章 模块化钢框架结构设计实例

4.1 模块化钢框架结构体系设计内容

4.2 钢框架模块单元初步设计

4.3 模块化钢框架结构设计实例

4.4 节点连接计算

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文、研究成果及获奖情况

致谢