垫板对半刚性端板连接梁柱节点性能影响的研究

摘要

钢结构是目前广泛应用的一种建筑结构。与其他建筑结构相比，它具有强度大，重量轻，承载力高，抗震性能好，施工周期短，工业化程度高等一系列优点，因此特别适用于高层建筑、大跨建筑、重型厂房、桥梁以及要求重量轻、可移动的承重结构。在钢结构的设计中，钢框架横梁与柱的连接起着在两种构件之间传递弯矩和剪力（剪力与轴力的转换）的作用，是框架的主要组成部分，因此，节点连接良好是保证结构安全的重要一环。在施工现场，经常会出现由于加工误差导致的钢框架中的梁长度过长或过短，从而无法安装。如果可以在梁端板与柱翼缘之间加入垫板进行连接，将会减少由于加工误差而引起的经济损失，避免施工时间的延长。本文对垫板对半刚性节点的性能影响进行了理论分析和试验研究，验证在梁端板与柱翼缘之间加入垫板进行连接这一做法的可行性和安全性，主要包括以下内容：（1）对有无垫板以及不同厚度垫板对节点的刚度、强度、转动能力影响的研究；（2）对有无垫板以及不同厚度垫板对节点的滞回性能影响的研究；（3）对有无垫板以及不同厚度垫板对节点的受力特性与破坏模式影响的研究。 首先，本文设计并完成了一个包括9个试件的半刚性端板连接梁柱节点的足尺模型试验，并对试验结果进行了分析。其中包括节点刚度、转动能力、耗能能力与破坏形式的研究和比较。通过分析后，本文得出结论，在梁端板和柱翼缘之间加入不超过梁端板厚度的垫板对节点的性能没有影响。之后，本文使用ANSYS软件对之前完成的试验进行了数值模拟，并与试验结果进行了比较。经过比较后，得出了ANSYS可以较好的模拟此类节点的结论。同时也再一次验证了试验分析中得出的垫板对节点性能没有影响的结论。最后，本文使用EUROCODE3种的组件刚度法对节点的刚度进行了理论计算，得出了与试验分析一致的结果。本文通过理论计算中的公式，从数学角度，进一步呈现了垫板的加入对节点转动刚度的影响。 在采用试验、有限元分析与理论计算相结合的方式进行分析后，本文对在半刚性端板连接梁柱节点中加入垫板这一做法提出了设计建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1选题意义

1.2半刚性连接的定义

1.3半刚性端板连接节点国内外研究现状

1.3.1国外研究现状

1.3.2国内研究现状

1.4加入垫板的端板连接节点研究现状

1.5本文的研究方法和研究内容

1.5.1本文的研究方法

1.5.2本文的研究内容

参考文献

第2章 半刚性端板节点的受力性能

2.1端板连接分析方法

2.1.1刚性板分析

2.1.2 T形件分析

2.1.3屈服线分析

2.1.4有限元分析

2.1.5试验分析

2.2节点的承载力和延性

2.2.1节点的承载力

2.2.2节点的延性

参考文献

第3章 垫板对梁柱节点性能影响的试验

3.1引言

3.2试验方案

3.2.1试件设计

3.2.2加载装置与测量装置

3.2.3材性试验

3.3试验现象

3.3.1试件A-00-0

3.3.2试件A-04-0

3.3.3试件A-00-1

3.3.4试件A-04-1

3.3.5试件A-10-1

3.3.6试件B-00-0

3.3.7试件B-08-0

3.3.8试件B-00-1

3.3.9试件B-08-1

参考文献

第4章 垫板对梁柱节点性能影响的试验结果分析

4.1引言

4.2弯矩-连接转角曲线

4.2.1连接转角的定义与计算

4.2.2四排螺栓单调加载试件之间的比较

4.2.3四排螺栓循环加载试件之间的比较

4.2.4三排螺栓单调加载试件之间的比较

4.2.5三排螺栓循环加载试件之间的比较

4.3端板与柱翼缘应变比较

4.3.1四排螺栓连接单调加载试件之间的比较

4.3.2三排螺栓连接单调加载试件之间的比较

4.4螺栓的变形

4.5结论

第5章 有限元模拟

5.1单元简介

5.1.1三维结构实体单元SOLID45

5.1.2预拉力单元PRETSl79

5.1.3三维面面接触单元TARGE170和接触单元CONTA173

5.2有限元模型的建立

5.2.1梁柱单元的建立

5.2.2螺栓单元的建立

5.2.3接触单元的建立

5.2.4加载

5.3有限元模型计算结果及分析

5.3.1端板应力

5.3.2端板变形

5.3.3单调加载试件弯矩-转角曲线

5.3.4循环加载试件滞回曲线

5.4螺栓变形的比较

5.5结论

第6章 组件法模拟

6.1节点转动刚度的定义

6.2节点转动刚度K的确定

6.3组件法对试件的模拟

6.3.1组件法对A-00-0试件的模拟

6.3.2组件法对A-04-0试件的模拟

6.3.3组件法对B-00-0试件的模拟

6.3.4组件法对B-08-0试件的模拟

6.4小结

第7章 结论与展望

7.1主要结论和建议

7.2有待于进一步研究的问题

致谢