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钢结构住宅框架半刚性节点分析研究

张行  
【摘要】: 我国的钢结构住宅研究处于探索起步阶段,整个体系还不成熟。作为建设部2001年科技攻关项目《新型空腔结构板轻钢结构体系应用研究》的子课题,本文主要研究钢框架梁柱半刚性连接特性以及半刚性连接对框架的影响。钢框架中梁柱连接的性能直接关系到结构的整体反应,而传统设计和分析将连接简单假定为刚接或铰接并不能真实反映实际情况。因此,钢框架梁柱连接试验研究既可给钢结构住宅体系提供选择梁柱连接形式的理论依据,又可供实际工程参考,具有重要的理论价值和实际意义。 本文简要地介绍了半刚性节点的研究现状、各国规范梁柱连接的设计计算内容和方法、梁柱连接的类型和半刚性连接的特性,探讨了顶、底角钢、顶、底角钢带双腹板角钢两种半刚性连接的M-θ_r特征曲线及其拟合方法,顶底角钢连接、带双腹板顶底角钢连接初始刚度以及弯矩承载力的计算公式。在梁柱连接试验和半刚性连接框架试验研究的基础上,分析两种连接节点的破坏形式,抗震性能和耗能特性,影响这两种连接性能的主要因素,关键部位应力发展以及半刚性连接框架循环荷载作用下的弹塑性性能,半刚性节点对框架性能的影响。 本文通过建立考虑连接非线性、几何非线性和材料非线性的刚度矩阵方程,用FORTRAN语言编制了半刚性连接钢框架的二阶-塑性铰分析的有限元计算程序,对半刚性连接框架内力和位移进行计算,讨论了半刚性连接框架受力性能,并将计算结果与试验结果进行对比,了解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,并对半刚性节点钢框架设计提出合理的建议。在讨论半刚性连接节点本身的性能时,通过有限元软件ANSYS对节点进行三维非线性有限元精细模拟,将计算结果与试验所得数据对比,对试验结果进行补充分析,了解没有测到试验数据的节点组件在加载过程中的受力情况,并对带双腹板角钢顶、底角钢连接在有无加劲肋两种情况下的受力状态进行详细对比。最后,在总结本文工作的基础上,提出了一些本课题尚待解决的问题。


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