冷弯薄壁型钢C-C型梁柱钢板-螺栓节点力学性能研究

摘要

冷弯薄壁型钢具有较高的强度重量比，若用做多层或低层钢结构建筑的主要承力构件，将会产生很高的经济效益。冷弯薄壁型钢框架结构中，螺栓与热轧钢板连接的节点是较常采用的节点连接形式之一，节点连接的性能趋近半刚性。这种节点制作简单施工方便，但是对于这种冷弯薄壁型钢简单节点的连接性能了解相对较少。
　　 本文考虑构件截面形式的影响，通过有限元分析的方法，对冷弯薄壁型钢钢板-螺栓节点的性能作深入的研究。研究的内容包括：
　　 第一部分：利用有限元软件ANSYS建立了考虑接触的三维数值模型，对冷弯薄壁型钢钢板-螺栓节点进行非线性分析，并将有限元模型试算结果与已有构件试验进行对比分析，有限元模型结果基本可信；
　　 第二部分：建立了36个节点有限元模型，通过对节点破坏现象、弯矩-转角曲线和刚度退化的分析，探讨了改变参数（梁柱腹板宽度，螺栓间距、连接板厚度，梁柱板材厚度和翼缘宽度等）对节点承载力和刚度特性等静力性能的影响，以及一些参数建议取值；
　　 第三部分：对三种设计建议节点滞回性能进行了初步探讨，通过对构件滞回曲线、骨架曲线、延性系数和能量耗散系数的对比，分析了不同构件截面形式时冷弯薄壁型钢钢板-螺栓节点滞回性能的规律，最后研究了滞回曲线的简化数学模型。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 冷弯薄壁型钢结构

1.2.1 冷弯薄壁型钢结构住宅结构体系

1.2.2 冷弯薄壁型钢构件

1.2.3 冷弯薄壁型钢节点

1.3 冷弯薄壁型钢半刚性节点研究方法和研究现状

1.3.1 半刚性节点

1.3.2 连接性能研究方法

1.3.3 节点抗震性能研究方法

1.3.4 冷弯薄壁型钢半刚性节点研究现状

1.4 本文研究的主要工作

1.4.1 前人研究的不足

1.4.2 研究的方法、内容和意义

2 C-C型梁柱钢板-螺栓节点有限元模拟

2.1 C-C型梁柱钢板-螺栓节点

2.2 有限元数值分析过程

2.2.1 几何模型

2.2.2 单元选择

2.2.3 材料本构关系

2.2.4 单元划分

2.2.5 接触问题处理

2.2.6 荷载和边界条件

2.2.7 有限元求解设置

2.2.8 有限元数值模拟的后处理

2.3 有限元数值模拟结果与实验结果对比

2.3.1 破坏形态比较

2.3.2 弯矩-转角曲线比较

2.3.3 模型误差分析

2.4 本章小结

3 C-C型梁柱钢板-螺栓节点静力性能分析

3.1 螺栓间距对连接性能的影响

3.1.1 节点破坏时应力云图比较

3.1.2 节点抗弯性能指标比较

3.1.3 节点弯矩-转角曲线和刚度分析

3.2 连接板厚度对连接性能的影响

3.2.1 节点破坏时连接板应力云图比较

3.2.2 节点抗弯性能指标比较

3.2.3 节点弯矩-转角曲线和刚度分析

3.3 梁、柱板材厚度对连接性能的影响

3.3.1 节点破坏时梁应力云图比较

3.3.2 节点抗弯性能指标比较

3.3.3 节点弯矩转角曲线和刚度分析

3.3.4 承载力和用钢量对比分析

3.4 梁、柱翼缘宽度对连接性能的影响

3.4.1 节点破坏时梁应力云图比较

3.4.2 节点抗弯性能指标比较

3.4.3 节点弯矩-转角曲线和刚度分析

3.5 三种梁柱腹板宽度节点的设计建议

3.6 本章小结

4 C-C型梁柱钢板-螺栓节点动力性能分析

4.1 滞回性能分析有限元模型

4.1.1 滞回分析有限元模型的特殊性

4.1.2 滞回分析有限元模型

4.2 有限元模拟结果

4.2.1 节点破坏时应力云图比较

4.2.2 滞回曲线比较

4.3 模拟结果分析

4.3.1 骨架曲线

4.3.2 刚度退化

4.3.3 延性系数

4.3.4 耗能指标

4.4 本章小结

5 C-C型梁柱钢板-螺栓节点简化数学模型

5.1 滞回模型

5.2 包络线加载阶段多项式拟合

5.3 改进的双线性模型

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

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