结构找坡钢结构梁柱节点域受力性能及其设计方法研究

摘要

钢框架横向钢梁需要较大结构找坡时，在低设防区若采用纯框架体系并沿用传统的加劲肋设置方法进行节点域构造设计，可能会不经济。目前关于钢框架大坡度梁柱节点以及节点域受力性能研究报道很少，有必要进行深入研究。本文阐述利用PKPM对6度设防区某结构找坡钢框架坡屋面停车场的设计方案，提出三种不同于传统做法的节点域加劲肋布置形式，与设计采用的节点域形式以及对应两侧梁翼缘设置斜加劲肋形式一并作为研究对象，为了探讨节点方案的优劣，首先利用ABAQUS建立节点有限元模型，比较分析各种节点在实际设计荷载下的受力性能;据此选取工程可能用到的4种节点类型进行拟静力分析，考虑节点域的补强处理，评价不同加劲肋布置形式对节点受力性能的影响，旨在为实际工程提供有益的参考。本研究的主要内容和成果如下:
　　 (1)根据相关规定和规范，利用PKPM对结构找坡钢框架坡屋面停车场进行了设计，然后对受力最大的一榀框架进行了计算，包括构件强度、稳定性、挠度的验算与节点的抗震验算等，并对节点考虑强柱弱梁要求进行了设计。
　　 (2)利用ABAQUS对结构找坡工程采用的节点及PKPM设计过程中探讨的相关节点类型进行了实际设计荷载作用下有限元分析，结果表明:结构找坡工程采用的节点及相关节点受力较小，节点域除局部区域达到屈服强度外，绝大部分都处于弹性状态，各形式节点满足仅在设计荷载作用下的性能要求;节点域加劲肋倾斜设置的节点与在受力较大的低侧梁翼缘对应位置设置的节点应力(Misses应力与剪应力)较为接近，应力较小且分布均匀，在受力较小的高侧梁翼缘对应位置设置的节点与不设置的节点应力较为接近，应力较大且分布不均匀，其中，不设置加劲肋的节点应力峰值点最为显著，在两侧梁翼缘位置均对应设置的节点应力较小且分布均匀。
　　 (3)为进一步探明结构找坡钢框架梁柱节点域的受力性能及其设计方法，对有望用于结构找坡工程的4种节点类型及考虑强柱弱梁要求的相应节点进行循环荷载作用下的非线性有限元分析。结果表明:对于单层框架，考虑强柱弱梁要求的各节点与不考虑这一要求的节点相比，应力、变形都大，为满足规范的要求，节点域需更厚的补强板来加强;考虑强柱弱梁时，加劲肋应与梁翼缘位置均对应布置，不考虑时，加劲肋可与梁翼缘位置不完全对应布置，与受力较大的梁翼缘位置对应布置较合理，但节点域剪切变形大，补强板厚度应适当加厚。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．3 研究目的、内容及方法

1．4 论文的构成

第二章 梁柱节点的设计与验算

2．1 构件设计

2．1．1 工程设计条件及说明

2．1．2 荷载计算

2．1．3 截面初选

2．1．4 荷载组合

2．1．5 内力计算

2．1．6 结构构件验算

2．2 梁柱节点设计规定

2．2．1 粱柱刚性连接承载力设计规定

2．2．2 梁柱塑性承载力设计规定

2．2．3 节点域的屈服承载力设计规定

2．2．4 相关抗震构造措施与规定

2．3 梁柱节点设计验算

2．3．1 梁柱刚性连接承载力设计验算

2．3．2 梁柱塑性承载力设计验算

2．3．3 节点域的屈服承载力设计验算

2．3．4 相关抗震构造措施验算

2．4 满足强柱弱粱梁柱节点设计与验算

2．4．1 梁柱刚性连接承载力设计验算

2．4．2 梁柱塑性承载力设计验算

2．4．3 节点域的屈服承载力设计验算

2．4．4 相关抗震构造措施验算

2．5 节点经济性分析

2．6 本章小结

第三章 节点在实际设计荷载下的受力性能

3．1 ABAQUS软件简介

3．2 ABAQUS的功能模块

3．3 有限元模型的建立

3．3．1 有限元模型的建立

3．3．2 材料模型

3．3．3 单元类型及网格划分

3．3．4 非线性求解过程

3．3．5 分析结果比较

3．4 本章小结

第四章 节点域加劲肋设置方案研究

4．1 引言

4．2 循环往复荷载作用下的节点域受力性能

4．2．1 节点模型的建立

4．2．2 循环加载制度

4．2．3 应力分布云图

4．2．4 滞回曲线

4．2．5 骨架曲线

4．2．6 梁端塑性转角

4．2．7 主要路径应力与变形变化

4．3 考虑强柱弱梁要求的节点域受力性能

4．3．1 节点有限元模型

4．3．2 应力分布云图

4．3．3 滞回曲线

4．3．4 骨架曲线

4．3．5 梁端塑性转角

4．3．6 主要路径应力与变形变化

4．4 节点对比分析

4．4．1 节点域最大应力与剪切变形比较

4．4．2 节点受力性能比较

4．5 本章小结

第五章 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及科研工作

致谢