钢框架半刚性节点动力分析与性能优化

发布时间：2017-10-21 16:38

  本文关键词：钢框架半刚性节点动力分析与性能优化

  更多相关文章： 钢框架 半刚性连接 抗震性能 侧向位移 时程分析 优化设计

【摘要】：改革开放前,我国的经济发展非常缓慢,多高层建筑主要是钢筋混凝土形式,而随着我国钢结构建筑产业的不断发展,并且钢结构具有强度高、整体刚性好、塑性变形能力强等优点,同时也是一种理想弹性体,在工程力学中有很大的用途,主要是用来假定基本的工程力学的特性,使得多高层钢框架结构的应用越来越多,越来越广泛。但是在传统的钢框架设计中,梁柱节点一般都被看成是完全的刚性或者是铰接的形式,这是简化了梁柱节点的分析和设计的过程的结果。但是在实际的工程中,如果只考虑了刚性连接,则是夸大了节点的约束的性能；如果只考虑了铰接连接,则是忽略了节点约束的性能。实践表明工程上的节点是半刚性的,它的连接性能处于刚性和铰接之间,在荷载作用下,可以传递一定弯矩而同时又产生一些的变形,实际上发生的是半刚性非线性变形,这种变形实质上改变了结构的反应特性。它对钢框架的力学行为有非常重要的影响,因为半刚性节点具有较强的变形和耗能能力,在地震作用下能够抵抗一定的地震荷载。因此我们在进行钢框架设计和分析的时候,要考虑半刚性节点对结构力学的影响。本文中主要研究了高层钢框架结构在刚性连接和半刚性连接的基底剪力和侧向位移的分析对比,以及在半刚性节点不符合规范的条件下对其的各种优化。本文简要的介绍了半刚性连接国内外的现状、基本理论、连接的类型和特性、半刚性连接端板的初始刚度的计算方法以及半刚性连接的弯矩-转角曲线等内容,然后根据计算方法来计算节点的初始转动刚度。采用有限元分析软件SAP2000来建立刚性连接和半刚性连接框架模型,分别对钢框架进行模态分析、反应谱分析和在两种地震荷载作用下的时程分析。得出计算的结果：将半刚性连按照刚性连接来考虑,对抗震设计造成了很大的误差,因此在设计的时候不可忽略连接柔性对结构的动力性能产生的影响,即要考虑弹簧节点的影响。当采用刚性连接的钢框架结构时的侧向位移满足规范的要求,而用软件模拟的半刚性连接的钢框架,它的位移超过了规范的要求。因此要对半刚性连接的情况进行优化设计,其一是改变节点的刚度,其二是分别梁柱之间增加斜撑,改变钢框架的整体的刚度。最后,得出结论并对半刚性钢框架的研究工作提出了展望以及对以后钢结构工程中的设计提供参考意义。
【关键词】：钢框架 半刚性连接 抗震性能 侧向位移 时程分析 优化设计
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 选题的背景13-15
• 1.2 半刚性连接钢框架结构的现状以及存在的问题15-18
• 1.2.1 半刚性连接钢框架的试验研究状况15-16
• 1.2.2 半刚性连接钢框架的理论研究现状16-17
• 1.2.3 半刚性连接钢框架应用存在的主要问题17-18
• 1.3 本文研究的主要内容18-19
• 1.4 本文研究的意义及目的19-20
• 第二章 钢框架的半刚性基本理论20-34
• 2.1 半刚性连接类型与特性20-26
• 2.1.1 国内外对钢框架结构梁柱连接的分类20-23
• 2.1.2 半刚接钢框架的特点23-24
• 2.1.3 半钢性结构连接的分类24-25
• 2.1.4 半刚性连接的优越性25-26
• 2.2 半刚性连接的研究方法26-29
• 2.2.1 实验研究法27
• 2.2.2 曲线拟合法27-28
• 2.2.3 塑性分析法28
• 2.2.4 数学解析法28
• 2.2.5 有限元数值模拟计算法28-29
• 2.3 弯矩-转角数学模型的建立29-34
• 2.3.1 线性模型30-31
• 2.3.2 多项式模型31
• 2.3.3 三次B样条模型31-32
• 2.3.4 指数函数模型32-33
• 2.3.5 幂函数模型33-34
• 第三章 半刚性连接受力性能研究34-45
• 3.1 半钢性连接节点的刚度34-35
• 3.1.1 半钢性连接节点的转动刚度34
• 3.1.2 弹性极限状态下的塑性抗弯承载力34-35
• 3.2 端板连接的刚度计算方法35-40
• 3.2.1 端板连接的形式与构造35-36
• 3.2.2 端板厚度和宽度的确定36-38
• 3.2.3 螺栓直径的确定以及强度验算38-40
• 3.3 梁柱端板连接节点的初始转动刚度计算模型40-45
• 第四章 刚性和半刚性框架的抗震性能分析45-69
• 4.1 抗震设计的基本方法45-57
• 4.1.1 模态分析法45-46
• 4.1.2 振型分解反应谱法46-47
• 4.1.3 时程分析法47-57
• 4.2 结构模型建立57-59
• 4.3 模态分析的结果59-61
• 4.4 反应谱分析的结果61-65
• 4.5 线性时程分析结果65-69
• 第五章 对半刚性连接框架优化设计69-77
• 5.1 框架优化设计的措施69-72
• 5.1.1 增加半刚性连接节点的刚度69-71
• 5.1.2 设置斜撑71-72
• 5.2 框架模型计算72-75
• 5.3 四种结构的计算模型的对比分析75-77
• 第六章 结论与展望77-79
• 6.1 结论77
• 6.2 建议77-79
• 文献参考79-82
• 致谢82-83
• 作者简介及读研期间主要科研成果83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 徐凌;李晓龙;;半刚性节点连接力学性能分析[J];中国矿业;2006年05期

2 郭兵,柳锋,顾强;梁柱端板连接的破坏模式及弯矩转角关系[J];土木工程学报;2002年05期

3 李国强,孙飞飞,沈祖炎;强震下钢框架梁柱焊接连接的断裂行为[J];建筑结构学报;1998年04期

4 王永跃;美LRFD规范中弯矩放大系数B2的修正法[J];工业建筑;1996年09期

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 胡淑军;偏心支撑钢框架的高等分析及基于性能的塑性设计方法研究[D];华南理工大学;2014年

2 班慧勇;高强度钢材轴心受压构件整体稳定性能与设计方法研究[D];清华大学;2012年

3 林明森;T形钢管混凝土组合柱—钢梁连接节点抗震性能研究[D];武汉理工大学;2012年

4 完海鹰;钢结构半刚性连接体系理论分析及实验研究[D];中国科学技术大学;2009年

5 李文岭;钢框架梁柱弱轴半刚性连接性能研究[D];西安建筑科技大学;2007年

6 胡习兵;半刚性连接平面钢框架结构弹塑性分析及抗震性能研究[D];湖南大学;2007年

7 石文龙;平端板连接半刚性梁柱组合节点的试验与理论研究[D];同济大学;2006年

8 刘清平;水平荷载作用下半刚性连接组合梁框架的实用设计方法[D];同济大学;2006年

9 王新武;钢框架梁柱连接研究[D];武汉理工大学;2003年

10 黄尚安;底部框剪配筋砌块砌体房屋抗震设计研究[D];湖南大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 蔡静敏;某超限高层建筑结构抗震超限设计与分析[D];华南理工大学;2013年

2 狄思凡;半刚性节点刚度及对钢框架结构性能的影响研究[D];南京林业大学;2013年

3 杨乐;钢框架结构地震失效模式与整体抗震能力分析[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 詹瑜;钢结构住宅发展现状及效益分析[D];华南理工大学;2012年

5 孙利骄;半刚性钢框架弱轴端板连接节点的性能研究[D];华南理工大学;2012年

6 黄聪;中美钢结构设计规范关于连接设计的对比研究[D];西南石油大学;2012年

7 姜涛;半刚性钢管混凝土组合框架节点的抗震性能及设计方法[D];合肥工业大学;2012年

8 穆健;高强螺栓连接节点疲劳破坏试验研究[D];重庆交通大学;2010年

9 陈妍;半刚性钢框架的动力性能研究[D];西南交通大学;2009年

10 何志泽;地震作用下钢筋混凝土框架结构的弹塑性分析[D];西南交通大学;2008年

，

本文编号：1074355