钢框架地震响应的Push-over模拟及加腋梁柱焊接节点抗震性能研究

摘要

美国北岭和日本阪神震害教训提示：钢框架结构梁柱节点中的焊缝是地震中易发生脆断的薄弱环节。在钢结构的设计与建造过程中，除了应注意选用韧性好的焊接材料外，还要注意从结构设计上设法降低焊缝的应力，注意使塑性铰远离节点焊缝区，以对焊缝实施有效保护。本文针对焊缝受力状态研究了节点构造对梁柱焊接节点抗震性能的影响。使用SAP2000N/L具有的推倒(push-over)分析功能模拟了某四层钢框架结构的地震响应，使该结构达到抵抗7度地震的要求，同时确定了在给定结构顶点位移的条件下结构中各杆件的内力及屈服顺序。随后以SAP2000N/L分析结果为计算边界条件，用ANSYS的三维实体单元分弹性和弹塑性两种情况分析了在地震水平载荷作用下两种标准节点、两种RBS节点及加腋加强型等不同构造梁柱焊接节点焊接区应力的分布情况，分下翼缘改进及上、下翼缘改进两种不同的节点改进方式展开了讨论，同时也探讨了加腋节点的力学机制、破坏特点及其抗震性能。 研究结果表明：用push-over方法能获得在地震水平载荷作用下结构中每个杆件的受力状态及其屈服过程，能发现结构中的薄弱部位，评价结构是否满足抗震设防要求。梁柱焊接节点构造对梁翼缘焊缝的承载环境有明显的影响。狗骨型、槽型一类的RBS节点能有效降低梁翼缘焊缝处的应力集中，提高节点柔性。加腋节点能提高节点的承载能力，使节点表现出更好的柔性，梁翼缘焊缝得到有效的保护。 焊接腋梁明显改变了梁的剪力转移机制，从而降低了结构对梁翼缘焊缝韧性要求。腋梁的加入改变了节点的应力分布，减小了梁翼缘焊缝处的应力集中，对降低梁翼缘焊缝在地震载荷作用下断裂的危险较为有效，能显著提高节点的抗震性能。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1钢框架结构的发展及其节点的特征

1.2钢框架梁柱焊接节点的震害破坏

1.2.1节点脆性断裂的破坏特点及原因

1.2.2节点修复及止裂设计

1.3国内外的研究现状及发展

1.3.1国外的研究现状及发展

1.3.2国内的研究

1.4本文的研究内容

第二章钢框架结构地震响应的Push-over模拟

2.1结构抗震设计理论的发展

2.2 Push-over分析理论

2.2.1 Push-over分析的两个假定

2.2.2 Push-over分析原理

2.2.3 Push-over分析过程

2.3钢框架结构的设计及push-over分析

2.3.1钢框架的设计

2.3.2结构的内力计算

2.3.3结构的Push-over分析

2.4小结

第三章梁柱焊接节点的有限元分析

3.1梁柱焊接节点的构造

3.1.1节点的种类及其改进

3.1.2节点设计的发展

3.1.3加腋节点的设计

3.2梁柱焊接节点的有限元建模

3.2.1单元的选择

3.2.2材料参数及其本构关系

3.2.3有限元建模

3.2.4加载及边界条件

3.3小结

第四章节点焊缝区的应力分析

4.1弹性应力分析

4.2弹塑性应力分析

4.3焊趾等效应力与节点塑性转角的关系

4.4小结

第五章加腋梁柱焊接节点的抗震性能分析

5.1加腋形式

5.2十字型加腋节点的有限元分析

5.2.1弹性应力分析

5.2.2弹塑性应力分析

5.3加腋节点的力学分析

5.3.1节点力矩模型

5.3.2腋梁的破坏特点

5.4节点抗震性能的比较

5.5小结

第六章结论及研究展望

6.1结论

6.2研究展望

参考文献

发表论文

致谢