考虑钢框架开合效应的防屈曲支撑角部节点板连接受力性能研究

发布时间：2017-03-21 00:12

  本文关键词：考虑钢框架开合效应的防屈曲支撑角部节点板连接受力性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：防屈曲支撑(BRB)是一种特殊的支撑构件,其在受压时不会发生屈曲的现象,且兼具耗能减震效果。防屈曲支撑与钢框架之间需采用节点板相连,节点板通过焊缝与钢框架梁(人字形或V字形布置时的中部节点)以及梁柱(角部节点)进行连接,具有构造简单、施工安装方便等优点。目前,防屈曲支撑节点板连接仍沿用普通支撑的计算方法,即只考虑支撑轴向力在节点板连接界面上分配的内力进行设计。然而,相关研究表明,与角部节点板相连的梁柱构件会产生开合变形(梁柱夹角张开/闭合),使节点板在大震下提前发生断裂进而导致防屈曲支撑失效,这对结构的大震安全性将是致命的。为充分发挥屈曲支撑在钢框架结构中的大震变形和耗能能力,本文采用有限元与理论分析结合的方法,研究不同节点板构造对开合效应及钢框架受力性能的影响,并探讨减小开合效应不利影响的新型节点板构造,主要完成以下工作:(1)对现有考虑开合效应的节点板设计方法进行比较,选取适合用于工程设计的方法,给出考虑开合效应的节点板设计步骤。通过算例分析探讨减小开合效应的途径。结果表明,改变节点板厚度或在节点板自由边上设置加劲肋,并不能有效减小开合效应的作用;节点板与框架连接边上的切应力是开合效应的主要贡献,改变节点板厚度或设置自由边加劲肋对其影响微小。(2)研究单独开合效应作用下(无支撑力),节点板与钢框架之间的相互影响。考虑节点板尺寸、节点板与梁柱的连接传力构造等参数,对7组钢框架梁-柱-节点板的子结构模型进行了有限元分析。结果表明,节点板会显著增加框架的抗侧刚度(模型中最高提升了82%),其中,焊接连接节点板的影响大于无摩擦连接节点板(新型节点板的理想模型,节点板与框架梁柱接触面,水平无摩擦,垂直硬接触不分离,以此减小节点板连接边上切应力),平面尺寸较大的节点板影响大于平面尺寸小的节点板;焊接节点板会使框架梁塑性铰转移到节点板端部,而无摩擦连接节点板框架梁塑性铰则位于梁柱节点域附近;无摩擦连接的节点板实现了削减连接边上切应力的目标,但正应力分布与焊接连接节点板有较大差异。(3)研究在开合效应和支撑轴力共同作用下,节点板和钢框架之间的相互影响。以节点板尺寸、连接方式、自由边加劲肋为设计参数,对8组钢框架梁-柱-节点板-支撑子结构进行有限元分析。结果表明,自由边加劲肋对于焊接节点板的受力性能无明显改善,但对无摩擦连接节点板连接边端点处的等效应力有明显的削弱效果;设置自由边加劲肋的无摩擦连接节点板,等效应力峰值位于两连接边交点。(4)提出无摩擦连接节点板的实际构造形式:节点板不直接与梁柱连接,取而代之在节点板连接边上设置端板,端板与梁柱翼缘通过螺栓连接,端板和梁柱翼缘之间可滑移,形成“带滑移端板的节点板”,并建立有限元模型与理想模型(无端板的无摩擦连接节点板)以及焊接节点板进行比较。结果表明,该节点板基本可以实现理想模型的特点,且等效应力峰值明显小于焊接节点板(以模型L4为例,正向加载位移角2%时,与梁相连边等效应力峰值减小30.90%,与柱相连边减小10.75%;负向加载位移角2%时,与梁相连边等效应力峰值减小63.25%,与柱相连边减小21.32%)。与此同时,“带滑移端板的节点板”亦具有其自身的特点,正负向加载对螺栓的需求不同;自由边加劲肋作用减小。
【关键词】：开合效应 防屈曲支撑 钢框架 角部节点板 无摩擦连接
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU391
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-28
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 框架结构中防屈曲支撑连接节点性能的研究现状12-14
• 1.2.1 防屈曲支撑连接段的性能12-13
• 1.2.2 节点板连接的性能13-14
• 1.3 支撑节点板连接设计的研究现状14-26
• 1.3.1 普通支撑节点板14-18
• 1.3.2 防屈曲支撑节点板18-26
• 1.4 当前研究存在的问题26
• 1.5 本文研究内容及意义26-28
• 第二章 防屈曲支撑角部节点板连接设计方法28-42
• 2.1 设计方法比较28-34
• 2.1.1 不考虑开合效应时均力法与泛均力法比较29-30
• 2.1.2 考虑开合效应时均力法与泛均力法比较30
• 2.1.3 是否考虑开合效应的对比30-31
• 2.1.4 是否考虑梁内轴力对梁塑性弯矩削弱的对比31
• 2.1.5 推荐方法31-34
• 2.2 不同焊接节点板参数和构造对设计计算结果的影响34-37
• 2.2.1 节点板参数34-35
• 2.2.2 计算结果对比35-37
• 2.3 节点板设计需额外注意的问题37-41
• 2.3.1 节点板的尺寸37-38
• 2.3.2 节点板与防屈曲支撑连接的强度验算38
• 2.3.3 节点板与防屈曲支撑连接的平面外稳定验算38-41
• 2.4 节点板设计步骤41
• 2.5 本章小结41-42
• 第三章 减小框架开合效应影响的节点板构造方法研究42-67
• 3.1 模型建立42-46
• 3.1.1 模型依据42-43
• 3.1.2 有限元软件43-44
• 3.1.3 材料本构模型44
• 3.1.4 模型建立44-46
• 3.2 有限元模拟方案46-48
• 3.3 有限元模拟结果及数据分析48-65
• 3.3.1 节点板对框架整体性能的影响48-52
• 3.3.2 节点板对框架梁柱节点性能的影响52-56
• 3.3.3 节点板连接边的应力分布56-65
• 3.4 本章小结65-67
• 第四章 同时考虑框架开合效应和支撑轴力的节点板构造方法研究67-88
• 4.1 模型建立67-71
• 4.1.1 防屈曲支撑简化建模67-68
• 4.1.2 有限元模拟方案68-71
• 4.2 有限元模拟数据及分析71-87
• 4.2.1 节点板对框架整体性能的影响71-74
• 4.2.2 节点板对框架梁柱节点性能的影响74-78
• 4.2.3 节点板连接边的应力分布78-87
• 4.3 本章小结87-88
• 第五章 新型滑移端板连接节点板88-125
• 5.1 新型滑移端板连接节点板的受力性能88-101
• 5.1.1 新型节点板的提出及模型建立88-90
• 5.1.2 有限元模拟数据及分析90-101
• 5.2 新型滑移端板连接节点板的优化101-123
• 5.2.1 有限元模拟方案及模型建立101-103
• 5.2.2 有限元模拟数据及分析103-123
• 5.3 本章小结123-125
• 第六章 结论与展望125-127
• 6.1 结论125-126
• 6.2 展望126-127
• 参考文献127-133
• 致谢133

【参考文献】

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1 赵俊贤;王湛;林傅雄;韩伟;陈若冰;曾毅发;杨f誊

本文编号：258713