新型H形梁与H形柱弱轴栓焊混合连接的受力性能分析复习课程.docx
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1、此文档收集于网络,如有侵权请联系网站删除此文档仅供学习和交流Research on Stress Performance of New Bolting and Welding Mixed Connection of H-Shaped Steel Bearn and Column in侈台ak AxisA Dissertation Submitted for the Degree of MasterCandidate:li TaoSupervisor:Associate ProfLu LinfengChangan University,Xian,China、论文独创性声明本人声明:本人所呈交的学
2、位论文是在导师的指导下,独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外,对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体,均己在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:亦必11年6月门日岁论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品,知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时,署名单位仍然为长安大学。、(保密的论文在解密后应遵守此规定)论文作者签名:李辩如f|年6月J 7日
3、导师签名:悻6艮I为摘要目前国内外对梁柱连接的研究主要集中在梁垂直于H型钢柱翼缘的连接即梁柱强 轴连接上。对梁垂直于H型钢柱腹板的连接即梁柱弱轴连接仅有少量研究。梁柱腹板连 接非常普遍,构造和受力性能与翼缘连接不同,尤其是当梁翼缘宽度小于柱截面高度时, 柱水平加劲肋需要按一定的坡比制作成梯形板件并伸出柱外,加工不便,而且在房屋内 部装修时为遮盖梯形板件需要加大柱子的装修截面,无形中占用了房屋的有效使用面 积。为了克服现有钢结构H形梁与H形柱弱轴的连接存在的弊端,本文发明了一种新 型钢结构H形梁与H形柱弱轴连接节点,并对该新型节点受力性能进行研究。本文的主要研究内容和相应的研究成果概况如下第一,
4、进行了传统梁柱弱轴连接节点和新型梁柱弱轴连接节点的试验研究,对两种 梁柱弱轴连接进行低周循环加载试验。通过试验结果研究了节点弱轴连接的滞回性能、 延性性能、耗能性能及刚度退化等抗震指标,同时对传统梁柱弱轴连接节点与新型梁柱 弱轴连接节点的承载能力、延性性能、耗能性能等进行对比分析,考察梁柱弱轴连接节 点在循环荷载作用下的相关影响。第二,采用国际上广泛应用的商业有限元程序ANSYSlOO对梁柱弱轴连接在循环 荷载下的受力能进行模拟和深入系统地分析研究。并用试验结果验证了确立的有限元方 法能够比较精确地模拟梁柱弱轴连接在循环荷载作用下的受力性能。第三,考虑对新型梁柱弱轴连接节点影响较大的柱轴压比、
5、蒙皮板高度、蒙皮板厚 度、加劲肋厚度等参数的变化,设计了9个试件,并对9个新型梁柱弱轴连接节点的全 部试件在循环荷载作用下的滞回性能进行了非线性有限元模拟,提出了更适合于施工和 更易满足建筑功能要求的蒙皮板高度、蒙皮板厚度、加劲肋厚度的新型梁柱弱轴连接节 点。本文研究的内容系统、广泛,结论及建议对工程设计和施工具有重要的参考价值,同时也为进一步研究这种新型梁柱弱轴连接节点打下了良好的基础。关键词:钢框架,新型梁柱弱轴连接,非线性有限元,滞回性能,承载力,参数分析AbstractBeam-to-column web connections are generally as flange conn
6、ections,the construction and preformance are different from flange connections,especially when beam flange width is shorter than column width,column horizontal reinforcing ribs needs to be manufactured into quadrilateral plate,using a certain slope scale and extend out of the column,which make thepr
7、ocess more difficulty,and it needs to increase the column width in order to cover the quadrilateral plates when decorating the house,SO it decrease the effective using area of the house invisiblyFor solving the disadvantage of beam-tocolumn strongaxis connections ofH-shaped steel currently,a new-sty
8、le of beamtocolumn minor axis connections of H-shapedsteel is invented and its mechanical behavior have being researched in this article The major research content and the achievement relevant in this article include:Firstly,we have carried out the research of traditional beamtocolumn minor axis wel
9、ded-bolted connections and the new-style beam-to-column minor axis welded-bolted connections,doing the low-reversed cyclic loading test of these two connection styles at the same timeTo sum up some seismicindexs of the minor axis connections,such鹤:hystereticbehavior、ductility performance、dissipation
10、 capacity and rigidity degenerationBesides,we also make the relative analysis of the carrying capacity、ductility performance、dissipation capacity of the traditional beamto-column minor axis connections and the new-stylebeam-tocolumn minor axis connectionsSecondly,using the commercial finite element
11、program ANSYS I O0 which is widely used intemationly currently to imitate the mechanical behavior of beamtocolumn minor axis connections under the cyclic loadThe outcome prove that the Finite Element Method callimitate the mechanical behavior of beam-tocolumn minor axis connections under the cyclic
12、load accuratelyThirdly,considering some parameterS difference such as ratio of axial compressionstress to strength of column,skin panel height,skin panel thickness,reinforcing ribs thickness,which all have great influence on the new-style beam-to-column minor axisconnections,we design nine check bar
13、s,and carry out the study on response under monotonousload and hysteretic behavior under cyclical load of these nine new-style beam-to-column minor axis connections,putting forward new-style beam-to-column minor axis conne甜om,whose skin panel height、skin panel thickness and reinforcing fibs thicknes
14、s are more propitious to building function and eonstructions needsThis article covered a wi(1e range of content,and the conclusions and suggestions have a great referenced value for the engineering design and construction,meanwhile,it also provide a favourable base for the further research on this n
15、ew-style beam-to-column minor axis connectionKEY WORDS:steel flame,new-style beam-to-column minor axis connection,non-linear finite element method,hysteretic behavior,bearing capacity,parametric analysis目录第一章绪论。111课题背景、研究目的及意义。112新型钢结构梁柱节点的设计理念3121新型钢结构梁柱节点的设计思想313国内外研究现状4131实验研究4132有限元分析研究614梁柱弱轴连接
16、节点研究中存在的问题。715本文主要研究内容8第二章梁柱弱轴节点的试验研究1021引言。1 O22试验概况1 0221试验目的。lO222梁柱连接的试件设计10223试验加载装置13224试验测试内容及测试仪器14225试验加载制度。l 7226试验现象。l 823试验结果及结果分析22231 P一滞回曲线。22232骨架曲线24233延性系数25234耗能系数27235刚度退化28236节点的M勺曲线及破坏特征29237试验所得体会。3 l24设计建议3 l25本章小结32第三章梁柱弱轴节点的有限元分析3431塑性力学基本法则34311屈服准则34312流动准则35313强化准则3532计算
17、程序的选用及有限元模型的建立36321计算程序的选用36322 ANSYS功能简介36323单元选取与模型的建立3733 ANSYS分析中的关键问题39331材料特性定义39332接触分析。39333螺栓预拉力的模拟41334边界约束及加载制度的确定4l335求选项设置4334有限元计算结果与分析43341 JDl2非线性有限元模拟与试验的比较43342JD22非线性有限元模拟与试验的比较46343节点的内力分布及破坏机理4835小结54第四章新型梁柱弱轴连接形式参数分析5541轴压比对节点受力性能的影响5542蒙皮板高度对节点受力性能的影响59421滞回性能分析60422应力、应变分析6 l
18、43蒙皮板厚度对节点受力性能的影响62431滞回性能分析。62432应力、应变分析6344加劲肋厚度对节点受力性能的影响65441滞回性能分析65442应力、应变分析6645设计建议6846本章小结。68第五章结论与展望7051结论及设计、施工建议70511结论70512设计、施工建议7252展望。73参考文献74攻读硕士学位期间获得专利情况77致访f78长安大学硕士学位论文第一章绪论 11课题背景、研究目的及意义钢结构强度高,重量轻,塑性和韧性好,具有优越的抗震性能;其制造简便,施工 周期短,结构的可靠性高。钢材的材质均匀,强度及施工质量易于保证【11。钢材的延性 和塑性较好,可使结构具有很
19、好的变形能力,即使在很大的变形下仍不至于倒塌,从而 可保证结构的抗震安全性。因其综合经济指标好回收率高,随着我国经济飞速发展和钢 结构设计加工技术的进步,建筑钢材在质量和数量上都有很大的提高,制造成本也不断 降低,钢结构在我国得到了来越广泛的应用。钢结构工程与混凝土结构相比,具有以下特点:(1)钢结构可以工厂预制,现场吊 装,干式施工无污染,产生的噪音、粉尘少;(2)施工用水少,可以节约用水;(3)由 于强度大,截面小,自重较轻,基础施工取土量少,可以保护土地资源;(4)大量减少 混凝土、砖、瓦、砂和灰的用量,减少了开山挖石,可有效保护环境;(5)钢结构拆除 时,大部分材料可以再生或降解,产生
20、固体垃圾少,废钢贬值较少;(6)结构设计借助 于计算机和专业化结构分析软件,使得设计周期大大缩短,可以工厂预制、现场安装, 工业化水高,实现了构件的工厂化和施工的机械化生产;(7)构件由工厂的生产线完成 产品制作,受季节和天气影响小,施工周期短;(8)地基及基础的处置非常简单;(9) 由于钢材强度高,可以大开间柱网布置,户内空间可多方案分割,建筑平面灵活布置; (10)由于钢材的截面尺寸小,可使有效使用面积增加46。从目前来看,钢结构 建筑是对城市环境影响最小的一种结构之一,在西方已被广泛采用,所以被有关称为绿色建筑。20世纪80年代初,国内的改革开放政策以来,伴随国家经济发展的主旋律,国内
21、的钢结构建筑也在中国建筑领域独一无二,得到了突飞猛进的发展。一方面已经建成了 大量的钢结构建筑,另一方面也成长了一大批较有规模的钢结构建筑企业,并且在技术 领域方面也逐步形成了具有中国特色的轻钢建筑体系。二十多年来,国内轻钢建筑体系 从无到有,从简单到复杂,从引进国外技术到消化吸收、并且开发自己的轻钢结构建筑 体系,已经积累了大量的经验,取得了相当可观的卓越成绩。我国作为世界钢产量第一的国家,建筑钢结构用材仅占全国钢材总产量的2,而 目前在美国、日本等工业发达国家,建筑用钢占钢材消耗总量的50以上,钢结构用钢第一章绪论量占到钢产量的30以上,钢结构面积占到总建筑面积约40以上,与发达国家相比
22、我国还有较大的差距。“十一五规划中提出,2010年我国建筑钢结构用钢量所占全国 钢材总产量的比例要翻一番。近几年强劲的市场需求,拉动了我国钢铁工业和钢结构建 筑行业快速增长。我国钢产量2008年,产量达到了5亿吨,占全球粗钢产量的38; 2009年,我国粗钢产量达568亿吨,占全球粗钢产量的466,超过了排在我国之后 的20个国家的粗钢产量之和,并建成了一大批钢结构建筑。作为钢结构中最常用的结构形式之一的钢框架,长期以来,人们普遍认为其具有良 好的抗震性能,从而被广泛的应用到了地震区。然而,发生在1989年美国Loma Pfieta 地震和1994年的美国Northridge地震打破了这种理念
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