钢框架梁柱刚性连接节点抗震性能的有限元分析比较

摘要

钢结构较之于使用其他材料的结构具有优越的抗震性能。其中,钢框架结构一直以来被认为是理想的抗震结构体系,从20世纪70年代开始,钢框架结构在工程界,特别是美国合日本等地震多发区域,得到了广泛的应用。但是,1994年美国的北岭地震和1995年日本的阪神地震中,曾经被认为具有良好抗震性能的钢框架的梁柱连接处发现了大量的脆性断裂现象。地震后人们对钢框架梁柱连接性能及其对钢框架结构抗震性能的影响进行了大量研究。本文将分别对普通节点、狗骨式节点和腹板开孔型节点的抗震性能及前两种类型节点运用到钢框架中的抗震性能进行分析对比。 本文通过有限元分析软件ANSYS对普通型、狗骨式及腹板开孔型三种类型节点进行了弹性及弹塑性阶段的受力性能分析,分析结果表明：在这三种类型的节点中,狗骨式节点的延性是最好的,腹板开孔型次之。同时对三种类型节点在低周反复荷载作用下的性能分别进行了研究并作了耗能能力的对比。结果同样表明：狗骨式节点的耗能能力仍是最好的。 对取不同削弱参数值的狗骨式节点进行弹塑性有限元分析,从关键部位应力和应变等方面分析了削弱参数的变化对节点性能的影响,得出了理想的削弱参数取值范围。 对分别采用普通节点和狗骨式节点的钢框架进行了模态分析和在地震作用下的弹塑性动力时程分析。结果表明：采用狗骨式节点的钢框架虽然在刚度上比采用普通型节点的钢框架略微有所降低,但在抗震性能方面却有了很大程度的改善结构。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景

1.2钢框架梁柱节点在地震作用下的破坏原因分析

1.3新型节点形式

1.3.1半刚性节点

1.3.2加强型节点

1.3.3削弱型节点

1.4狗骨式节点的研究现状

1.5本文选题的意义和研究内容

第二章钢框架梁柱刚性连接节点研究

2.1引言

2.2梁-柱的刚性连接

2.2.1梁柱刚性节点

2.2.2刚性节点的设计规定

2.3削弱型节点的设计

2.3.1圆弧型狗骨式节点的设计

2.3.2腹板开孔型节点的设计

2.4有限元模型的建立

2.4.1材料模型的建立

2.4.2计算模型的建立

2.5节点的弹性静力分析

2.6节点的弹塑性静力分析

2.7刚节点的滞回性能分析

2.7.1节点滞回曲线分析

2.7.2耗能机理

2.7.3耗能系数

2.7.4加载方案

2.8小结

第三章狗骨式节点削弱控制参数分析

3.1引言

3.2狗骨式节点的削弱参数

3.3削弱深度c对狗骨式节点的影响

3.4削弱部位距柱的距离α对狗骨式节点的影响

3.5小结

第四章钢框架的弹塑性动力时程分析

4.1引言

4.2时程分析法的概述

4.2.1时程分析的基本假定

4.2.2时程分析的基本步骤

4.3地震波的选择

4.3.1地震记录

4.3.2选择地震波的原则

4.4弹塑性时程分析的力学模型

4.4.1构件模型

4.4.2层模型

4.4.3杆系-层模型

4.5恢复力特征曲线

4.5.1恢复力特征

4.5.2恢复力模型

4.6阻尼矩阵

4.7动力方程求解

4.8计算模型

4.8.1钢框架抗震结构体系

4.8.2钢框架抗震设计对结构布置的要求

4.8.3钢框架有限元模型

4.9模态分析

4.10地震作用下的结构时程分析

4.11小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢