端板连接钢框架半刚性节点受力性能的有限元分析

摘要

传统的结构设计中，总是将节点简化为完全刚接或者理想铰接，这可以使设计工作大大简化。但实际工程中节点既不是完全刚接也不是理想铰接，而是处于完全刚接和理想铰接之间的半刚性。刚性节点变形能力差，耗能能力弱，容易发生脆性破坏，而半刚性节点具有较好的抗震性能，能很好地解决刚性连接节点延性不好、容易发生脆性破坏的问题。因此，半刚性连接节点的研究具有较强的现实意义。目前，国内对半刚性连接的性能进行了很多研究，但仍然存在很多不足，还需要做大量的试验研究和理论分析。本文端板连接钢框架半刚性节点受力性能的有限元分析就是在此背景下提出的。
　　本文在查阅大量中外文献的基础上，综述了半刚性连接的国内外研究现状，介绍了梁柱半刚性节点类型并对半刚性连接特性进行了分析。针对本文有限元分析内容，介绍了非线性有限元分析的基本理论。利用有限元分析软件ANSYS模拟了端板连接在单调荷载下的静力性能，与清华大学试验结果对比，证明了本文模拟方法的可靠性。
　　建立端板半刚性节点的有限元模型进行静力性能分析，考虑端板厚度、螺栓直径、螺栓间距、梁截面高度和柱腹板加劲肋五个因素，研究各因素对端板半刚性节点承载力、变形特性及弯矩-转角(M-Φ)曲线特性等的影响。参考已有的弯矩-转角(M-Φ)曲线的简化计算方法并根据本文有限元模拟结果对公式进行了修正，并将计算结果与模拟结果进行对比，符合良好。
　　对端板半刚性连接和刚性连接在周期荷载作用下的抗震性能进行分析，研究节点承载力、应力变形特性、破坏模式、延性及耗能性能的不同，指出端板半刚性连接抗震性能的优势所在，并提出端板连接“强连接、弱板件”的节点抗震设计建议。

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Contents

1 绪论

1.1 本文选题依据

1.2 国内外研究现状及存在的问题

1.3 研究的目的及意义

1.4 本文研究的主要内容

2 半刚性连接的特性

2.1 概述

2.2 连接的类型

2.3 半刚性连接的特性

2.4 弯矩－转角曲线模拟的数学模型

2.5 半刚性连接的数据库

3 ANSYS非线性分析的基本理论及有限元模型的验证

3.1 ANSYS非线性分析的基本理论

3.2 有限元模型的验证

3.3 本章小结

4 单调荷载下端板半刚性连接的受力性能分析

4.1 概述

4.2 半刚性连接与刚性连接的对比

4.3 端板半刚性连接受力性能的影响因素研究

4.4 弯矩－转角曲线的计算方法

4.5 本章小结

5 端板半刚性连接抗震性能的有限元分析

5.1 概述

5.2 有限元模型

5.3 模拟结果分析

5.4 抗震设计建议

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

攻读硕士期间发表的论文

参考文献