带延性铸造连接件的防屈曲支撑的有限元分析

发布时间：2017-03-18 00:06

  本文关键词：带延性铸造连接件的防屈曲支撑的有限元分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纯框架结构与钢框架-支撑结构是最常用的钢结构形式。纯钢框架的侧向刚度较差,大震下侧移过大。钢框架-支撑结构抗侧移刚度较高,但在大震作用下,支撑易发生屈曲失稳。学者们便提出特殊中心支撑框架(SCBF)体系,支撑单元由中空结构段和节点板(HSS)组成。然而,研究结果表明当前的设计方法阻碍了支撑构件作用的充分发挥,主要表现在焊接节点板的焊缝被撕裂、支撑后屈曲、节点板屈曲、屈服甚至脆裂等破坏现象。该体系非弹性变形性能被支撑构件的屈曲、后屈曲和屈服所控制,因此,为了保证支撑体系产生大的非弹性变形而不产生永久的脆性开裂和低周疲劳破坏,本文提出一方面将支撑构件设计成带铸造件的支撑体系,这样不仅实现将结构非弹性变形集中于铸造件区域的目标,提高结构低周疲劳寿命,而且能达到震后损坏支撑易于替换和降低结构修复成本的目标,使结构恢复如初,还可以通过合理的设计该连接件截面大小,就可以实现独立控制该系统的强度、刚度和延展性。另一方面,将体系中空管截面支撑段用防屈曲支撑替代,屈曲约束支撑不仅在小震下能够增加结构的刚度,而且在大震下,也能通过自身的良好滞回性能,消耗大部分的输入地震能量,保护主体结构的安全。本文运用ABAQUS软件对不同参数的带延性铸造连接件的防屈曲支撑进行了有限元分析,研究分析了带延性铸造连接件的防屈曲支撑在单向荷载下的延性、承载力、破坏模式、应力分布和在循环荷载下的耗能性能、破坏模式、关键部位的应力分布。主要得出了以下结论:1)提出新型约束屈曲支撑构造,即带延性铸造连接件的防屈曲支撑,它具有比混凝土外包的约束屈曲支撑构件质量轻、连接方便、接合段强度和刚度高等优点。2)作为带延性铸造连接件的防屈曲支撑,其变形能力、延性、承载力都良好。在循环荷载下的滞回性能稳定,耗能性能良好。3)研究发现,在循环荷载下,带延性铸造连接件塑性变形都集中在铸造连接件的削弱部位上,铸造连接件中与梁柱连接部分应力较小并未发现进入塑性区域,实现了将塑性变形定位在铸造件的削弱部位以保护其他部位的目的。
【关键词】：带延性铸造连接件的防屈曲支撑 有限元分析 延性 应力分布 破坏模式 耗能性能
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-13
• 1.2 国内外研究现状综述13-17
• 1.2.1 国外研究现状13-16
• 1.2.2 国内研究现状16-17
• 1.3 研究思路、创新之处及主要内容17-20
• 1.3.1 研究思路17-18
• 1.3.2 课题创新性18-19
• 1.3.3 主要内容19-20
• 第2章 中心支撑钢框架带铸件的防屈曲支撑设计20-38
• 2.1 防屈曲支撑的简单介绍20-21
• 2.2 基于抗侧刚度比的防屈曲支撑的设计方法21-27
• 2.2.1 支撑发挥作用的前置条件21-22
• 2.2.2 支撑与框架抗侧刚度的匹配22-24
• 2.2.3 防屈曲支撑间隙的确定24-25
• 2.2.4 防屈曲支撑外围约束截面尺寸的确定25-26
• 2.2.5 防屈曲支撑的选择26-27
• 2.3 带延性铸造连接件的防屈曲支撑设计27
• 2.4 结构模型工况27-37
• 2.4.1 无支撑的框架的设计27-29
• 2.4.2 防屈曲支撑内核管截面尺寸的设定29
• 2.4.3 延性铸造连接件的引入29-32
• 2.4.4 铸造连接件的尺寸设计32-35
• 2.4.5 杆件防屈曲支撑部分设计35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 带铸造件的单钢管支撑的有限元分析38-50
• 3.1 概论38
• 3.2 非线性38-39
• 3.2.1 材料非线性38-39
• 3.2.2 几何非线性39
• 3.2.3 状态非线性39
• 3.3 求解方法39-40
• 3.4 模型的数值模拟方法40-42
• 3.5 带铸造连接件的单钢管参数设置42-43
• 3.6 带铸造连接件的单钢管单向加载受力性能分析43-49
• 3.7 本章小结49-50
• 第4章 带延性铸造件的防屈曲支撑有限元模拟50-73
• 4.1 概论50
• 4.2 单向加载受力性能分析50-64
• 4.2.1 构造对承载力的影响因素50-62
• 4.2.1.1 接触环数量的影响50-53
• 4.2.1.2 初始缺陷的影响53
• 4.2.1.3 约束刚度和间隙的影响53-56
• 4.2.1.4 铸件和支撑内核管的轴力比以及铸件几何长度的影响 .. 474.2.2 构件的延性分析56-62
• 4.2.2 构件的延性分析62-64
• 4.3 结构的恢复力特征64-71
• 4.3.1 循环荷载下破坏模式和应力云图64-65
• 4.3.2 带延性铸造连接件的滞回性能分析65-69
• 4.3.3 骨架曲线69-70
• 4.3.4 建议的恢复力模型70-71
• 4.3.4.1 骨架曲线的确定70-71
• 4.3.4.2 滞回环规则71
• 4.4 本章小结71-73
• 结论、建议及展望73-75
• 结论73-74
• 建议74
• 展望74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-82
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录82

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本文编号：253650