新型方管柱与H型钢梁下贯上环隔板式节点受力性能研究与应用

发布时间：2017-11-02 21:03

  本文关键词：新型方管柱与H型钢梁下贯上环隔板式节点受力性能研究与应用

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【摘要】：钢结构建筑作为一种节能环保的绿色建筑,具有抗震性能好、建设污染少、综合造价低、施工周期短等优点,符合住宅产业化和可持续发展的要求。随着我国钢产量的日益增加,以及施工工艺和信息化管理水平的逐步提升,发展装配式钢结构住宅逐渐成为我国住宅产业化进程中的重要方面。在钢结构体系中,梁柱连接节点是结构的重要组成部分,节点连接的强弱影响着结构的受力性能,同时节点的构造形式也直接影响结构的使用功能。方钢管作为柱构件,在受力性能和建筑平面布置的便利性上都优于H型钢柱,然而由于受到截面形式上的限制,在与H型钢梁连接时所采用的节点构造往往出现凸出墙面、占用建筑使用空间和影响美观等问题。因此,为完善方管柱与H型钢梁的节点连接形式,满足装配式钢结构住宅的发展要求,本文提出了一种新型方管柱与H型钢梁下贯上环隔板式节点。为了研究新型节点的受力性能,本文共设计5个新型方管柱与H型钢梁下贯上环隔板式节点试件,并进行低周反复试验。通过对试验现象进行分析,明确新型节点的传力机制和破坏机理,并根据实测的节点滞回曲线,确定节点的承载能力、延性和耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明,采用下贯上环隔板式连接的新型方管柱与H型钢梁节点在破坏前钢梁翼缘均出现了明显的塑性变形,而钢柱并未发现有明显变形,充分证明了该类新型节点的设计符合“强柱弱梁,强连接弱构件”的原则；5个节点试件的滞回曲线都非常饱满,说明新型节点具有良好的耗能能力。采用有限元分析软件ANSYS对5个节点试件进行模拟分析,得到各试件的破坏形态、滞回性能、极限荷载以及应力分布等分析结果,并与试验结果进行对比,结果表明,有限元模拟结果与试验数据吻合较好。通过分析钢梁翼缘、外环板和贯通隔板的应力分布情况,证明了在过焊孔位置以及柱子转角处容易出现应力集中,因此在实际工程中应保证这些位置的焊缝质量,避免节点发生脆性破坏；有限元分析中由于未考虑焊缝的影响,因此能加载至节点域塑性充分发展,在加载后期明显地体现出了悬臂梁段采用T型钢加强连接件能增强节点域的抗剪承载力,提高梁柱连接的受力性能；根据节点有限元分析和试验测试数据,绘制出节点的M-θ曲线,计算得到节点的初始转动刚度,判定该类新型节点属于半刚接节点；说明节点钢管管壁的平面外变形刚度较弱,当节点进入塑性阶段时容易发生局部屈曲,因此在节点构造中采用T型钢连接件对节点域进行加强显得尤为重要；本文拟合出一个弯矩-转角关系模型,并且通过与试验和有限元进行对比,结果表明所提出的弯矩-转角关系模型拥有较好的精度,可供新型节点设计和实际应用参考。
【关键词】：装配式钢结构 新型节点 低周反复试验 有限元分析 抗震性能 弯矩-转角曲线
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 引言11-12
• 1.2 常用节点形式12-17
• 1.2.1 传统型梁柱节点形式12-13
• 1.2.2 改进型梁柱节点形式13-14
• 1.2.3 方管柱与H型钢梁节点形式14-17
• 1.3 方管柱与H型钢梁节点的研究现状17-21
• 1.3.1 国外研究现状17-19
• 1.3.2 国内研究现状19-21
• 1.4 背景工程简介21-25
• 1.5 本文设计的新型方管柱与H型钢梁节点25-26
• 1.6 本文研究内容26
• 参考文献26-29
• 第二章 新型方管柱与H型钢梁节点设计29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 悬臂梁段拼接处设计29-31
• 2.3 梁柱连接处承载力验算31-33
• 2.4 节点域承载力验算33-34
• 2.5 强柱弱梁验算34
• 2.6 节点构造要求34-36
• 2.7 本章小结36
• 参考文献36-37
• 第三章 新型方管柱与H型钢梁节点试验研究37-85
• 3.1 试验目的37
• 3.2 试验设计37-51
• 3.2.1 试件设计及加工37-40
• 3.2.2 试件的材性试验40-44
• 3.2.3 加载方案44-47
• 3.2.4 加载制度47-48
• 3.2.5 量测内容48-51
• 3.3 节点试件破坏过程现象描述及分析51-66
• 3.3.1 试件T-351-53
• 3.3.2 试件T-253-56
• 3.3.3 试件T-556-59
• 3.3.4 试件T-159-62
• 3.3.5 试件T-462-65
• 3.3.6 试件破坏特征分析65-66
• 3.4 节点试验结果与数据分析66-82
• 3.4.1 梁上应变分布情况66-69
• 3.4.2 外环板和贯通隔板应变分析69-71
• 3.4.3 节点域应力分析71-72
• 3.4.4 滞回曲线72-75
• 3.4.5 骨架曲线75-77
• 3.4.6 节点域的P-θ_j滞回曲线77-79
• 3.4.7 延性系数79-80
• 3.4.8 刚度退化80-81
• 3.4.9 节点耗能能力分析81-82
• 3.5 本章小结82-83
• 参考文献83-85
• 第四章 新型方管柱与H型钢梁节点的有限元分析85-109
• 4.1 引言85
• 4.2 有限元模拟基本过程85-92
• 4.2.1 定义材料本构关系85-86
• 4.2.2 实体建模86-87
• 4.2.3 单元定义与网格划分87-88
• 4.2.4 边界条件与加载制度88-89
• 4.2.5 非线性设定89-91
• 4.2.6 求解设定91-92
• 4.3 有限元分析结果92-106
• 4.3.1 破坏过程92-95
• 4.3.2 梁上应力分布情况95-97
• 4.3.3 外环板和贯通隔板的应力分布情况97-99
• 4.3.4 节点域应力分布情况99-101
• 4.3.5 滞回曲线101-104
• 4.3.6 骨架曲线104-105
• 4.3.7 等效粘滞阻尼系数105-106
• 4.4 本章小结106-107
• 参考文献107-109
• 第五章 新型方管柱与H型钢梁节点的弯矩-转角关系109-115
• 5.1 引言109
• 5.2 新型节点的弯矩-转角曲线109-111
• 5.3 新型节点的弯矩-转角关系模型111-114
• 5.4 本章小结114
• 参考文献114-115
• 第六章 结论与展望115-117
• 6.1 结论115-116
• 6.2 展望116-117
• 致谢117-118
• 攻读硕士学位期间发表的论文118

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1133136