方钢管柱H型钢梁外套板式节点性能研究

摘要

近年来，方钢管柱与H型钢梁形成的框架结构体系已成为住宅钢结构的一个发展方向。目前，这种结构体系采用主要节点形式有隔板贯通式节点、内隔板式节点和外肋环板式节点三种。美国北岭地震和日本阪神地震表明隔板贯通式节点和内隔板式节点存在焊缝开裂等问题，导致整个结构抗震性能降低。外肋环板式节点会占用较多建筑空间。因此，有必要进一步研究和开发新的节点形式。本文以此为背景主要开展了以下几方面的研究工作： 概述了现有方钢管柱-H型钢梁节点的研究应用现状，分析了现有几种常用节点优缺点，提出本文主要要求的基础上，提出了内套管式节点和外套板式节点两种方案构思，介绍了这两种新型节点的基本构造形式，并初步从施工工艺、成本和施工便利性等方面进行了对比工作。 在简述新型节点基本分析，得出外套板式节点优于内套管式节点的结论，本文也将以外套板式节点为对象开展研究工作。 介绍了塑性铰线理论，并采用塑性铰线理论和虚功原理，推导了外套板式节点屈服承载力公式，分析了其它九种节点破坏模式，为拟静力试验的设计提供加载参考依据。 为研究该节点的抗震性能，设计进行了三个试件的外套板式节点拟静力试验。分析了各构件的破坏过程及特征。通过应变片的微观分析，得出了节点屈服顺序和节点区域应力分布规律。通过分析试验数据，拟合出滞回曲线、骨架曲线和弯矩转角曲线，并对节点的承载力、延性、耗能能力、刚度退化、剪切变形等指标进行了详细的分析与比较。分析结果表明，该种节点的抗震性能较好，具有良好的延性。 运用有限元软件ANSYS对拟静力试验进行了仿真分析，模拟节点的滞回曲线、骨架曲线以及弯矩转角曲线，并与试验结果进行对比分析。分析表明，有限元拟合程度较好，结果偏于安全。然后，对节点进行了参数分析，通过有限元数值计算，掌握了外套板厚度、T形件尺寸、构造加劲肋对节点性能的影响规律。 介绍了五种划分梁柱节点的方法，并采用Eurocode3规范方法和Bjorhovde方法判定此新型节点类别，分析表明其为半刚性节点。 最后，提出了外套板式节点研究工作中若干有待进一步深入研究的问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2方钢管柱H型钢梁节点研究现状及存在问题

1.3本文工作

第二章外套板式节点的提出

2.1节点的基本要求

2.2新型节点提出背景

2.3两种节点方案比选

2.4本章小结

第三章外套板式节点承载力理论研究

3.1塑性铰线理论

3.2节点受力机理及局部抗拉承载力理论

3.3节点其它破坏模式分析

3.4本章小结

第四章方钢管柱H型钢梁外套板式节点拟静力试验

4.1试验目的

4.2试验设计

4.3试验过程及现象

4.4节点抗震性能分析

4.5试验节点应力应变分析

4.6M-θ曲线

4.7本章小结

第五章方钢管柱H型钢梁外套板式节点有限元分析

5.1有限元软件概述

5.2非线性有限元方程建立

5.3方钢管柱H型钢梁外套板式节点建模

5.4有限元分析结果与试验结果对比

5.5节点参数对承载力影响

5.6本章小结

第六章方钢管柱H型钢梁外套板式节点刚度类别确定

6.1梁柱连接分类

6.2方钢管柱H型钢梁外套板式节点类型确定

6.3本章小结

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢