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《武汉理工大学》 2005年
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半刚性连接钢框架的弹塑性性能及热性能研究

刘曙  
【摘要】:钢框架中梁柱连接起着在两种构件之间传递弯矩和剪力的作用,是钢框架的主要组成部分,其性能直接关系到结构的整体反应。因此钢框架梁柱连接的受力机理及承载力问题的研究具有重要的理论意义和工程参考价值。本文完成了三榀1:2钢框架模型试验和八个足尺比例的梁柱连接模型在低周往复荷载作用下的试验研究,进行了以下几个方面的深入研究: 1、首次在国内进行了两榀半刚性连接平面钢框架结构的拟静力试验。通过试验考察了半刚性连接平面钢框架结构在循环荷载作用下的弹塑性性能:了解了结构在丧失极限承载力后的破坏形态和塑性铰出现的顺序;利用所编程序计算了其中一个框架的受力性能。程序计算结果与试验值相比,弹性阶段吻合得较好,塑性阶段由于塑性铰法无法考虑残余应力、刚度硬化以及塑性区长度的发展等因素,因此与试验值相比误差偏大。 2、首次在国内进行了一榀狗骨式刚性连接平面钢框架结构和顶底角钢带双腹板角钢连接、外伸端板连接以及狗骨式刚性连接这五种连接类型共八个原型试件拟静力试验。通过试验得到了各种连接在循环荷载作用下的M-θ_r关系、屈服荷载、破坏形式、破化荷载和抗震性能。了解狗骨式连接对结构塑性铰出现的顺序以及结构破坏形态的影响,了解节点处与狗骨处应力发展状况。 3、根据连续介质力学的有限变形理论和Prandl-Reuss理论,应用泛函的最小势能原理,将传统的梁柱法与有限单元法相结合,通过引入刚度影响系数P_s和塑性变形影响系数P_r,建立了梁柱简化塑性区单元模式的非线性增量刚度矩阵,可用于半刚性连接钢框架的二阶弹塑性分析和弹塑形大位移分析。 4、将一种简单且有效的考虑剪切变形影响的四节点板弯曲单元引入弹-塑性问题的计算中,将单个螺栓连接的受拉刚度关系由有效受压面积法表示,将单个螺栓连接的剪力-变形关系应用于扭剪螺栓群的内力、变形中,以极限状态法计算螺栓群的扭剪问题。 5、编程计算了各种型式(端板外伸式、端板平齐式、端板斜接、柱腹板加劲)、不同端板厚度、不同螺栓直径的梁柱端板节点的初始刚度、节点极限弯矩,并比较了不同端板厚度、不同节点力臂、不同螺栓直径和强度等级、不同连接形式下初始刚度和极限弯矩的变化。选取不同跨度、不同高度、柱脚刚结的一组钢框架,计算了其在柱顶水平集中力、竖向均布荷载作用下节点刚度与梁柱线刚度之比对跨中挠度及弯矩的影响。提出节点刚度的设计建议:(a)增加端板
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TU391

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