梁端加盖板节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接边框架节点滞回性能的有限元分析

摘要

节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接作为一种新型的连接形式，在单调荷载试验中已被证明具有良好的力学性能，为进一步探究其在循环荷载下的力学性能，本文进行了边框架节点在低周反复荷载作用下的ABAQUS有限元模拟研究。
　　本文重点研究了标准型节点和盖板加强型节点，通过一系列有限元的变参数分析和数据处理，研究了节点和关键构件的破坏机理、连接焊缝的应力分布、M-θ曲线、刚度分类、刚度和延性的匹配等问题，同时还针对盖板加强型节点的不足进行了改进分析。得到的结论主要如下：
　　1.标准型节点和盖板加强型节点均能达到强节点域的特点，在有侧移框架中均属于半刚性连接，两种节点的梁翼缘连接焊缝处的应力沿梁宽方向均呈现不利的V型分布；盖板可以控制塑性铰远离连接处，能显著提高节点的初始转动刚度和承载力，并有着较为理想的延性和耗能能力。
　　2.节点在较高的轴压比下有成为强柱弱梁的趋势，并且抗震性能也会大大劣化，新型连接节点的轴压比应控制在0.6以内；
　　3.相对于高度，蒙皮板的厚度对节点的刚度和延性有更直接和明显的影响，应保证最小的蒙皮板厚度来确保节点具有足够的转动刚度和塑性转动能力。
　　3.盖板长度和厚度对节点性能影响较大，过大或过小都会降低节点的抗震性能，研究证明盖板长度和厚度分别取0.5倍的梁截面高度和翼缘厚度时，节点的性能较为理想；
　　4.梁的刚度增大会提高节点的承载力，柱的刚度增大则会提高节点的转动刚度，因此，梁柱线刚度比应该控制在一定的范围内；
　　5.由于蒙皮板形成的箱形构造使节点域大大加强，因此，柱子绕强轴弯曲不会明显降低弱轴连接的受力性能，存在强轴连接，弱轴连接仍然有较好的抗震性能。
　　6.梁翼缘板式连接可以明显减小梁翼缘连接焊缝的尺寸，并能显著的改善连接焊缝边缘处的应力集中；而在蒙皮板后加焊竖向隔板可以增强节点的刚度，放松对蒙皮板厚度的要求，其也能促使应力从连接焊缝的边缘向中间区域转移；
　　最后，对本文内容的后续研究进行了展望，给出了后续研究的内容及方向。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2工字形柱弱轴连接节点研究现状

1.3梁端加盖板弱轴连接的设计原理

1.4盖板加强型节点的研究现状

1.5新型弱轴连接节点的研究现状

1.6 本文研究内容及研究方法

第二章 ABAQUS模拟方法研究

2.1概述

2.2 有限元分析软件的选择

2.3 ABAQUS模型的建立过程

2.4单调荷载试验的有限元模拟验证

2.5循环荷载试验的有限元模拟验证

2.6本章小结

第三章 新型梁柱弱轴连接的有限元分析

3.1概述

3.2节点的研究目标

3.3节点的各项受力性能指标

3.4有限元数据处理方法

3.5节点的破坏形态和关键构件应力分布

3.6 梁翼缘连接焊缝处的应力路径

3.7低周反复荷载作用节点的有限元分析

3.8 连接的综合分类

3.9 本章小结

第四章 新型梁柱弱轴连接盖板加强型节点的参数分析

4.1概述

4.2 轴压比的影响

4.3 蒙皮板尺寸的影响

4.4 盖板形状和尺寸的影响

4.5钢材材性的影响

4.6蒙皮板厚度公式的验证

4.7 高强螺栓摩擦面抗滑移系数的影响

4.8梁柱刚度比的影响

4.9 柱翼缘和腹板厚度的影响

4.10柱绕强轴弯曲的影响

4.11本章小结

第五章 新型弱轴连接盖板加强型节点的改进分析

5.1概述

5.2翼缘板式连接节点的分析

5.3 节点域加焊竖向板的节点改进分析

5.4本章小结

第六章 结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢