半刚性钢框架整体性能的有限元分析及拟静力试验研究

摘要

对于半刚性节点的研究无论在理论方面还是试验方面在国内外都取得了不少成果，但对于半刚性节点钢框架的整体性能研究还很少，无论是在理论分析方面还是试验研究方面都需要完善和加强。 本文以双腹板顶底角钢连接节点的性能为基础，以半刚性连接钢框架在周期往复荷载作用下的性能为最终研究对象，应用ANSYS有限元分析和拟静力试验来考察半刚性连接框架在周期往复荷载作用下的破坏形态、变形特点、荷载一位移滞回曲线、结构延性等性能，同时分析了框架节点的受力特点及各部件的应力、应变变化情况。 研究结果表明，双腹板顶底角钢连接钢框架在周期往复荷载作用下具有良好的延性，梁柱节点具有非常稳定的非线性变形能力和耗能能力，是影响框架延性的最主要因素，节点的塑性变形主要由顶底角钢提供。双腹板顶底角钢连接框架破坏时是由于节点变为塑性铰，结构破坏属延性破坏，从根本解决了刚性连接框架节点延性不易保证、容易发生脆性断裂的缺陷。

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致谢

第一章绪论

1.1本课题研究的背景

1.2国内外对半刚性连接钢框架的研究成果

1.3已有研究存在的主要问题

1.4本文主要研究问题及其意义

1.5论文内容安排

第二章钢框架半刚性连接的基本理论

2.1引言

2.2半刚性连接的主要形式

2.3半刚性连接的特性

2.4半刚性连接主要研究方法

2.5半刚性连接的数学模型

2.5.1线性模型

2.5.2多项式模型

2.5.3 B样条模型

2.5.4指数函数模型

2.5.5幂函数模型

2.6各种半刚性连接材料的特性

2.6.1结构螺栓的特性

2.6.2 H型钢梁柱

2.6.3钢板、角钢

2.7双腹板顶—底角钢半刚性连接的指数函数模型

2.7.1初始连接刚度Rki

2.7.2极限弯矩承载力Mu

2.7.3形状参数n

2.8本章小结

第三章双腹板顶底角钢连接钢框架的数值模拟试验分析

3.1有限元法原理

3.1.1有限元法的基本思想

3.1.2有限元法的基本步骤

3.2数值模拟分析的理论基础

3.2.1基本假定

3.2.2单元类型

3.2.3几何非线性

3.2.4材料非线性

3.2.5单元刚度矩阵

3.2.6非线性方程组求解

3.2.7极限承载力判断

3.3双腹板顶底角钢连接钢框架的数值模拟试验分析

3.3.1选择单元属性

3.3.2定义材料属性

3.3.3建立几何模型

3.3.4静力加载

3.3.5加载制度

3.3.6有限元计算结果分析

3.3.7结论

第四章双腹板顶底角钢连接钢框架的拟静力试验研究

4.1拟静力试验设备和装置

4.2双腹板顶底角钢半刚性连接钢框架的拟静力试验

4.2.1试验目的

4.2.2试件设计

4.2.3量测内容

4.2.4加载过程

4.3拟静力试验结果分析

4.3.1双腹板顶底角钢连接整体框架中节点的反应

4.3.2半刚接钢框架在周期往复荷载作用下的反应

第五章结论与展望

5.1本文主要研究工作

5.2结论与建议

5.3本文不足之处及研究展望

参考文献