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一种杆件拼接结构的受力分析

耿哲  
【摘要】:在一般的钢结构研究和设计中,通常认为杆件之间的连接是完全刚接或者铰接的,这样可以大大简化钢结构的研究设计分析工作,而且在一定程度上可以满足工程实际上的需要,但是,这种假设是不准确的,实际上任何一种节点都不可能是完全刚接或者铰接的,而是半刚性连接的。在钢框架结构中,连接柱与柱之间的杆件节点也是一种一般意义上的节点,同样具有半刚性的性质,研究该类节点的受力性能是非常有意义的。 在本文中提出了一种新型的杆件拼接连接方式,在端板处设置有滑移孔,在竖向荷载与高强螺栓预紧力的作用下,端板之间存在较大的摩擦抗力。当上部结构受到的水平剪力较小时,不会出现滑移,节点呈现出刚接节点的特性;当上部结构受到的水平剪力较大时,克服摩擦抗力,可以整体滑移。 本文中利用结构分析软件——ANSYS,建立了这种拼接节点的有限元模型来分析其受力性能。利用模型分析结果,分别绘制了该种连接方式的剪切-滑移曲线,弯矩-转角曲线,剪切-滑移曲线呈现明显的双直线特性,弯矩-转角曲线呈直线型,可以看出这种拼接节点具有剪切半刚性与转动半刚性。本文中还研究了摩擦系数对该种连接方式的弯矩-转角关系,剪切-滑移关系的影响,通过曲线比较得知,摩擦系数越大,发生滑移时需要的剪力越大,但是对转动半刚性影响不明显。 利用数据分析软件MATLAB对计算模型所得数据进行公式拟合,得到拼接节点半刚性的指数函数表达式,与多项式函数表达式,并对拟合公式进行方差分析,由相关指数R2的数值可知两种函数均可以很好的表达节点的半刚性性能。 本文中还通过研究半刚性柱脚在钢框架中的应用,比较其对结构整体受力的影响。通过结果对比可以看出采用拼接节点能改善框架抗震性能。


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