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一般半刚性节点连接框架结构分析研究

王冉  
【摘要】:钢框架体系在各类工程中得到广泛应用,多层钢框架结构房屋已成为建筑业重点推广的十大技术之一,其中,关于梁柱连接节点的半刚性的研究是最重要的。目前,关于半刚性节点的理论研究主要集中于转动半刚性对结构受力的影响,很少涉及半刚性节点连接的轴向及剪切半刚性性能,急待形成完整的理论体系。本文研究的目的是给出一种可以综合考虑节点连接轴向、剪切、转动半刚性性能的力学模型及分析方法,以推动半刚性连接钢框架结构的发展。 本文在分析研究国内外现行半刚性节点连接受力机理的基础上提出了可同时考虑节点轴向、剪切和弯曲变形性能的三弹簧单元力学模型,该模型的梁单元由杆件及其端部的轴向弹簧、剪切弹簧和转动弹簧组成。本论文以节点三弹簧模型为研究对象,采用矩阵位移法对其进行力学性能的研究分析,包括单元分析和整体分析。运用本模型进行结构分析的主要优点是不增加结构单元的数量。研究内容包括:推导单元刚度矩阵、单元在八种基本荷载作用下的固端力以及杆端位移与节点位移关系的表达式,列出半刚性连接钢框架的整体平衡方程。 本论文采用了VB和Matlab两种计算机语言编写程序。其中,采用VB计算机语言编写的程序适用于一般半刚性连接钢框架结构静力问题的线性分析,而采用Matlab计算机语言编写的程序即适用于静力问题的线性分析又适用于静力问题的非线性分析。本论文就同一算例运用两种程序进行了计算分析,通过比对分析结果验证所编程序的正确性,得出了不同连接刚度下的节点位移、杆端位移和杆端力。在进行非线性分析时,选用了两种关系曲线形式,即指数函数形式和多项式函数形式,并对比了两种形式下同一算例的计算结果。通过对比可以看出,节点的剪切及弯曲半刚性对结构的影响显著,而轴向半刚性对结构的影响不明显,同时节点处的内力-变形关系曲线对结构的影响是显著的。本文的理论研究将进一步推动节点半刚性实用理论的发展。


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