郭士雄[1]2001年在《刚性钢框架梁柱连接在低周循环荷载作用下的非线性有限元分析》文中研究说明因为钢材具有很高的强度和很好的延性，钢结构在建筑中被广泛应用。刚性框架因其卓越的抗震性能，更是被广泛采用。然而，1994年美国Northridge地震和1995年日本的阪神地震中，大量钢框架梁柱连接发生破坏，显示出人们对于刚性梁柱连接的受力性能和破坏机理认识还相当不足。为了避免人员伤亡和经济损失，对钢框架梁柱连接研究其在循环荷载作用下的反应，不仅具有重要的理论意义，更具有重大的工程实用价值。 本文在弹性力学和塑性力学的基础上，利用非线性有限元方法，考虑运动强化和大变形，建立了梁柱连接的非线性分析模型，模拟研究了刚性钢框架梁柱连接在低周循环荷载作用下的反应。 本文首先将有限元分析结果与现有试验结果对比，验证了分析方法的正确性，然后对叁个系列的焊接梁柱连接在循环荷载作用下进行了计算分析，比较了全焊连接与栓焊混合连接的性能，研究了钢材屈服强度、屈强比、焊接孔形状及大小对全焊梁柱连接的影响，提出了梁柱连接设计建议。 本文所建立的模型及采用的程序能够很好的模拟、研究在循环荷载作用下刚性梁柱连接的反应，为进一步研究刚性钢框架梁柱连接的抗震性能打下了基础。
周楠楠[2]2007年在《半刚性连接钢框架抗震性能的非线性有限元分析》文中指出高层建筑钢结构的结构形式很多，但是钢框架结构是高层建筑钢结构中最基本的一种结构形式。通常在设计框架的时候，都将框架的连接节点考虑成刚度无穷大的刚性节点或刚度为零的铰接节点。虽然对连接性能的这种理想化假设简化了钢框架的分析和设计过程，但采用理想的连接模型在很多情况下是不合理的，也不能反映结构工作的实际情况，计算结果误差很大，有时甚至会得到错误的结论。在实际工程中，钢框架连接性能往往介于两者之间，呈半刚性连接。按照完全刚接分析则夸大了节点约束的作用，偏于不安全；按理想铰接分析则忽略了节点约束的有利作用。因此，在钢框架的分析和设计过程中应充分考虑半刚性连接节点的影响。多次地震表明，采用完全焊接刚性节点的钢框架因节点延性差、残余应力大，容易发生脆性破坏，而半刚性连接钢框架因节点具有较强的变形和耗能能力可以抵抗一定的地震荷载。本文的目的是通过对典型的半刚性连接钢框架结构抗震性能的分析研究，为钢结构抗震设计提供一定的理论参考。本文首先介绍了国内外有关半刚性连接的研究概况、水平和发展趋势，综述了半刚性连接已有的研究成果和各国规范中对于半刚性连接的规定，提出了目前的研究工作还存在的主要问题及实际的研究价值，探讨了双腹板顶底角钢半刚性连接的初始连接刚度和连接的极限弯矩承载力。本文还进行了半刚性连接钢框架结构的拟静力试验。通过试验考察半刚性连接钢框架结构在循环荷载作用下的弹塑性性能。通过对试验数据的分析，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，并对该种连接的滞回性能、延性和耗能特性等进行了探讨。本文还利用ANSYS程序对半刚性连接节点和钢框架进行非线性有限元模拟计算分析，并与试验结果进行分析比较，并得出一些有益的结论。最后在总结本文工作的基础上，提出了本课题尚待解决的问题。
王琦[3]2008年在《双腹板、顶底角钢半刚性连接的受力性能研究》文中提出高层建筑钢结构的结构形式很多,其中钢框架结构是高层建筑钢结构中最基本的一种结构形式。通常在设计钢结构框架时,都将框架的连接节点考虑成刚度无穷大的刚性节点或刚度为零的铰接节点。虽然这种理想化假设简化了钢框架的分析和设计过程,但采用理想的连接模型在很多情况下是不合理的,也不能反映结构工作的实际情况。因此,在钢框架的分析和设计过程中应充分考虑半刚性连接节点的影响。本文首先介绍了国内外有关半刚性连接的研究概况、水平和发展趋势,提出了目前的研究工作存在的主要问题及实际的研究价值,探讨了双腹板、顶底角钢半刚性连接的初始连接刚度和连接的极限弯矩承载力。本文对一榀两跨叁层双腹板、顶底角钢半刚性连接的钢框架模型进行了低周反复试验分析。通过对试验数据的分析,考察了半刚性连接钢框架结构在循环荷载作用下的弹塑性性能以及滞回性能、耗能能力、延性等各方面的性能,了解结构的破坏形式。而且,建立了刚性和半刚性两种钢框架模型,分别就其滞回曲线、延性等方面性能进行了比较。同时利用大型通用有限元软件ANSYS程序通过合理的建模,合理的参数设置,有效的网格划分,对试验的双腹板、顶底角钢半刚性连接钢框架和节点进行非线性有限元模拟计算,与试验结果进行比较后,分析了钢框架及节点在荷载作用下的荷载—位移曲线、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等相关指标。另外结合相关文献的试验结论,利用正交试验法设计出9个双腹板、顶底角钢半刚性连接节点试件,通过对其进行ANSYS模拟,分析了高强螺栓的直径、顶底角钢的厚度、与柱翼缘相连的角钢处螺栓中心线到梁翼缘的距离gt叁个因素对节点的极限承载力、滞回性能等指标的影响程度。本文采用试验研究与理论研究相结合的方法进行。分析了半刚性框架及节点受力特性,研究其抗震性能,同时通过有限元方法验证,并进行相关对比分析,最后给出设计与施工建议,并提出了本课题尚待解决的问题。
管克俭[4]2003年在《钢结构住宅抗侧力体系试验研究与非线性分析》文中认为钢结构的应用和研究已有近百年的历史，技术上日趋成熟。但是，钢结构住宅的应用在我国还处在起步阶段。从技术角度来讲，如何使钢结构适应住宅建筑的特点，满足住宅产业化发展的需要，还有许多问题有待于进一步研究，如围护墙体、抗侧力体系、钢框架梁柱连接等。本文针对钢结构住宅体系中亟待解决的若干问题，完成了六榀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，进行了以下几个方面的深入研究： 1 本文首次提出了一种新型的空腔复合填充墙钢框架抗侧力体系。在试验研究的基础上，建立了该体系的恢复力特性模型，提出了模型各受力阶段的刚度计算公式、极限承载能力的计算方法和抗震计算方法；对影响空腔结构砌体填充墙钢框架抗侧力性能的因素进行了讨论，提出了设计建议。 2 对支撑体系的抗侧力性能进行了系统的研究，对中心支撑体系和偏心支撑体系的非线性性能进行了简化分析。在试验研究和分析的基础上，讨论了中心支撑体系和偏心支撑体系各自的适用范围和受力特点，提出了中心支撑和偏心支撑的设计过程与方法。 3 狗骨式刚性连接是一种旨在改善梁柱连接变形性能，避免脆性破坏发生的有效连接形式。本文对狗骨式连接节点和框架进行了试验研究和有限元分析。研究表明，狗骨式连接能够有效地提高连接变形能力，避免脆性破坏的发生。并强调指出狗骨削弱的位置、形状和尺寸，对能否发挥狗骨式削弱的作用，达到预期的设计目的是至关重要的，必须予以重视。 4 本文提出了一种简化分析力学模型，用于角钢连接的分析。采用该模型和其计算方法，建立了两种角钢连接的弯矩—转角多折线模型。将该模型用于对半刚性框架分析，所得出的计算结果与试验吻合良好。 5 本文总结了半刚性连接框架二阶弹塑性分析方法和塑性铰分析方法，提出了半刚性连接框架耗能计算的公式。研究表明，半刚性框架耗能的大小与连接的嵌固程度、结构的阻尼、自振频率等均有很大的关系。 6 本文利用数值模拟技术完善试验研究，采用不同的单元类型对钢框架和支撑框架进行了非线性分析。不仅计算结果与试验结果吻合良好，还进一步揭示了试验中未能发现的现象。 最后，在总结论文工作的基础上，提出了本课题尚待解决的问题。
袁媛[5]2007年在《顶底角钢与H型钢柱弱轴连接节点的伪静力试验性能及分析》文中提出由世界着名力学与结构权威W．F．Chen教授等提出的“钢结构高级分析理论”，受到国内外学者的广泛关注。该理论首次将强度理论、稳定理论和塑性理论合并在总体结构分析之中，避免了常规分析中将叁个理论分开考虑的弱点。本文为国家自然科学基金项目—《叁维空间钢结构高级分析理论》的顶底角钢与H型钢柱弱轴连接节点的伪静力试验部分。本文通过伪静力试验，分析了两种弱轴顶底角钢连接节点在循环荷载作用下的受力性能和破坏机理，得到了滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线以及角钢的应力—应变曲线；推导了连接的初始刚度和极限承载力计算公式；在考虑叁维非线性的基础上，使用ANSYS软件对试验中的节点进行了循环加载分析，系统地分析了摩擦系数、螺栓预拉力、角钢厚度、梁高、螺栓线到与柱连接角钢肢背的距离、柱腹板厚度、柱翼缘厚度、柱加劲肋厚度等参数对直接腹板顶底角钢节点性能的影响。本文的研究不仅为基金项目后期高级分析的程序编制提供了依据，所推导的计算公式也经过了试验验证，为进一步研究弱轴顶底角钢连接节点的性能奠定了良好的基础。
张文强[6]2010年在《半刚接钢框架—内填非加劲薄钢板剪力墙体系的试验研究与理论分析》文中研究说明半刚接钢框架-内填非加劲薄钢板剪力墙(Semi Rigid Connection Steel Frame-Unstiffened Thin Steel Plate Sheer Wall)结构是一种新型结构形式,它弥补了传统抗弯钢框架侧向刚度不足的缺点,为采用较为经济的半刚性节点提供了可能,目前国内外对该新型结构体系性能研究属刚起步阶段,因此对该结构体系的研究具有理论和实际意义。本文首先对一榀两层单跨梁柱平齐端板连接半刚性框架-非加劲薄钢板剪力墙结构进行了低周往复循环加载拟静力试验,通过试验结果,具体分析研究了本新型结构体系的耗能能力、延性性能、承载力退化、刚度退化等抗震性能指标。其次,作者利用有限元软件ANSYS,对本新型结构体系进行了单调加载下的非线性有限元分析,从结构的荷载一位移曲线、应力云图以及结构的变形等角度与试验结果相对比,有限元计算结果与试验结果较为吻合,从而证实了利用ANSYS对梁柱平齐端板连接半刚性框架-非加劲薄钢板剪力墙结构进行非线性有限元分析的准确性和可行性,为今后对本新型结构体系做更深入的分析研究打下了良好的基础。最后,本文对梁柱平齐端板半刚性节点的构造设计提出了可行性方案,并针对平齐端板半刚性节点的初始刚度,进行了具体合理的确定。
周天华[7]2004年在《方钢管混凝土柱—钢梁框架节点抗震性能及承载力研究》文中进行了进一步梳理本文在总结分析了国内外关于钢管混凝土框架节点研究与应用现状的基础上，以实际工程为背景，在国内首次进行了A、B两组共6个足尺节点试件的低周反复循环加载试验，其中A组叁个试件梁端采用栓-焊连接；B组叁个试件梁端为全对接焊接。试验结果表明：6个试件的层间位移延性系数μ≈2.28～3.86，弹性极限层间位移角φ_y≈0.011～0.014rad，弹塑性极限层间位移角φ_u≈0.0297～0.0424rad，节点梁柱的相对极限塑性转角θ_u≈0.0163～0.0343rad，能量耗散系数E≈1.946～2.216；A、B两类节点均有良好的抗震性能，在相同轴压比下A类节点的延性较B类略好一些，而耗能能力B类节点却略大一些，但二者相差不大，均满足结构抗震设计的要求。根据试验结果提出了节点构造建议。 在总结前人研究的基础上，建立了同时考虑大变形的几何非线性、高强螺栓连接的面—面接触非线性、各种材料非线性等叁重非线性因素的有限元理论分析模型，利用大型非线性有限元软件ANSYS6.1，对钢材采用Von.Mises屈服条件和运动强化本构关系，对混凝土采用William-Warnke五参数破坏准则和弹塑性本构关系，对混凝土裂缝和高强螺栓连接的面-面接触等问题利用ANSYS6.1提供的判别准则，第一次采用叁维实体单元对“带内隔板方钢管混凝土柱-钢梁节点”进行了叁维建模，并模拟分析了单调和低周反复加载下节点的受力性能，较为精确地分析了节点区应力分布，以弥补试验中无法直观地了解各细部受力情况和改变各种参数进行对比的缺陷，考察了轴压比大小、混凝土强度等因素对节点受力性能的影响，并通过理论分析与试验结果进行比较分析，提出设计和方钢管棍凝土柱一钢梁框架节点的抗震性能及承载力研究改进建议。根据本文的试验和理论研究结果，对((矩形钢管混凝土结构技术规程》(送审稿)带内隔板的梁一柱栓焊连接节点设计内容进行了评析，提出了构造建议，并给出了梁柱连接处梁截面的抗弯、剪计算公式。对节点核心区的抗剪，通过受力机理的分析，建立了钢“框架剪力墙”加混凝土“斜压短受力体系及其屈服机制，根据塑性极限分析，给出了节点核心区抗剪承载力计算的迭加公式，《规程》公式和非线性有限元近似模拟分析结果进行了比较。本文提出的节点核心区抗剪承载”与柱并力计算公式，能够反映出轴压比的影响，理论相对比较完善，公式的力学概念较明确、简单，其计算结果安全、合理，可供实际工程设计参考。
王涛[8]2013年在《端板连接弯矩—转角关系及半刚性钢框架抗震性能的研究》文中研究说明1994年的北岭地震和1995年的阪神地震均导致了钢框架梁-柱焊连接节点的严重破坏。在此之后，具有良好抗震性能的端板连接半刚性钢框架被广泛研究。但迄今为止，多数研究都是针对柱强轴连接节点进行的，针对柱弱轴连接节点以及空间半刚性钢框架的试验和研究并不多见。随着社会经济的发展，多高层空间钢框架结构被广泛应用。因此对柱弱轴端板连接性能以及端板连接半刚性钢框架抗震性能的研究就显得十分必要。基于以上分析，本文主要研究以下几方面内容：(1)进行2个边柱弱轴端板连接试件和2个中柱弱轴端板连接试件的单调加载试验，并建立有限元分析模型，通过试验和有限元分析结果，明确弱轴端板连接的应力分布、塑性发展、变形特点、弯矩-转角特性和破坏模式。定量研究了端板连接边柱节点和中柱节点抗弯承载力和初始转动刚度的差别。(2)基于相关性的灵敏度分析方法，研究弱轴端板连接的各参数对转角的影响，并建立弱轴端板连接节点弹性阶段的弯矩-转角模型。(3)提出一种计算结果准确可靠、步骤简单、便于工程实际应用的弯矩-转角全曲线以及滞回曲线简化计算模型及计算方法，其中主要包括了初始转动刚度、弹性极限承载力以及屈服承载力的计算。(4)进行端板连接半刚性钢框架的静力和拟静力试验，研究其破坏过程、破坏形态、滞回性能、位移延性系数、抗侧刚度以及刚度退化等关键性能指标，对空间半刚性钢框架的设计提出建议。(5)运用ABAQUS引入几何初始缺陷对端板连接半刚性钢框架进行非线性有限元分析，并与试验结果对比，验证了此方法能够很好地模拟结构的受力特性、局部屈曲以及破坏模式。(6)运用OpenSees的宏观单元对半刚性钢框架进行非线性有限元分析，将节点简化为本文提出的弯矩-转角简化计算模型。有限元计算结果与试验吻合较好，验证了本文所提出的端板连接弯矩-转角关系的正确性和有限元分析的可靠性。并对空间半刚性钢框架进行动力性能分析，研究了节点转动刚度对钢框架自振周期以及顶层位移的影响。(7)基于基本自振周期，给出半刚性区间的判断标准，并结合算例和理论推导证明其合理性。
解琦[9]2014年在《平齐端板连接的半刚性框架—钢板剪力墙性能研究》文中研究表明钢板剪力墙结构由内填钢板和框架梁柱组成,具有初始侧向刚度大,滞回性能稳定,耗能能力良好,延性大等优点,是多高层钢结构建筑中经济、高效的抗侧力结构体系。目前对该体系的分析都是基于梁柱刚接或铰接的假定,但大量的研究已经证明,工程中节点的实际性能是介于两种情况之间的半刚性连接,而节点的柔性将会对结构的内力、位移和稳定等性能产生相应的影响,因此对半刚性框架——钢板剪力墙体系进行研究是很有实际意义的。平齐端板作为一种典型的半刚性连接形式,构造简单,施工快捷,同时可以改善结构的耗能和延性,本文首次将平齐端板连接的半刚性钢框架与不同形式的钢板剪力墙相结合,形成新的结构体系形式,既可以发挥钢板剪力墙的延性和刚度,又可以利用半刚性框架的延性。通过试验研究与有限元分析相结合的方法,本文系统地评估了该新型结构的整体性能。主要研究内容如下:1)对叁榀平齐端板连接的单跨二层的半刚性框架——钢板剪力墙结构进行了低周反复荷载的拟静力试验研究,从耗能能力,承载力,延性,应力分布,墙板协同工作机理等方面揭示了该体系的内力转换和耗能机理。2)研究了平齐端板连接的半刚性框架——钢板剪力墙新型结构体系的受力机理和破坏模式,分析了当钢板墙采用叁种不同形式(非加劲薄板、十字加劲板、斜加劲板)时对整体结构的承载力、滞回性能、墙板应力和变形发展的影响。3)采用SHELL181单元模拟钢板墙,Combin39弹簧单元模拟半刚性节点,通过ANSYS有限元软件计算了薄钢板墙、十字加劲钢板墙、斜加劲钢板墙叁种试件在单向荷载和循环荷载作用下的应力与变形发展,通过与试验结果对比,证实了该有限元模型可以准确地模拟半刚接框架——钢板剪力墙结构的屈曲后性能,是一种有效的数值分析手段。4)应用ANSYS有限元程序对平齐端板连接的半刚性框架-钢板剪力墙体系进ii行变参数分析,分析钢板墙厚度、边框架柱截面惯性矩和加劲肋截面惯性矩对结构整体性能的影响。5)根据Kishi&Chen幂函数模型计算平齐端板连接的弯矩-转角关系曲线,在此基础上,对比试验中采用不同半刚性节点连接(栓焊连接、平齐端板连接和双腹板顶底角钢连接)时试件的整体受力性能,此外,采用ANSYS有限元软件,分析节点铰接、半刚接、刚性连接对非加劲、十字加劲、斜加劲叁种钢板剪力墙结构极限承载力的影响。通过上述研究表明,半刚性框架——钢板剪力墙结构具有优秀的抗侧力性能,通过研究该体系的各项性能,可以为日后的工程实践提供理论依据。
吴芸[10]2003年在《钢框架抗侧力体系连接性能研究》文中提出钢结构的应用和研究历史久远，技术上日趋成熟。但是，钢结构住宅体系的研究与应用在我国还处在起步阶段。从技术角度来讲，如何使钢结构适应住宅建筑的特点，满足住宅产业化发展的需要，还有许多问题有待于进一步研究，如钢框架抗侧力体系、梁柱连接性能、墙体、楼面体系的选用等。本文针对钢结构住宅体系中亟待解决的若干问题，完成了叁榀1：2钢框架模型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，进行了以下几个方面的深入研究： 1 进行了顶底角钢连接、带双腹板顶底角钢连接等半刚性连接及狗骨式刚性连接这叁种连接类型共八个原型试件的拟静力试验。通过试验得到了各种连接在循环荷载作用下的弯矩—转角关系、连接初始刚度、连接屈服荷载、破坏形式、破坏荷载、抗震性能和耗能特性。 2 研究表明，狗骨式刚性连接是一种旨在改善梁柱连接变形性能，避免脆性破坏发生的有效连接形式。本文对狗骨式连接节点和框架进行了试验研究和有限元分析。了解了狗骨处应力发展状况；探讨了刚性连接发生脆性破坏的原因；并强调指出梁柱连接处焊缝的焊接质量，对能否发挥狗骨式削弱的作用，达到预期的设计目的是至关重要的，必须予以重视。 3 本文提出了一种简化分析力学模型，用于角钢连接的分析。建立了两种角钢连接的弯矩—转角多折线关系曲线。将该模型用于半刚性框架分析，所得出的计算结果与试验吻合良好。同时探讨了连接形式对钢框架性能的影响。 4 进行了两榀半刚性连接和一榀狗骨式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和狗骨式连接平面钢框架结构在循环荷载作用下的弹塑性性能；了解了不同连接形式的结构在达到极限承载力后的破坏形态和塑性铰出现的顺序。 5 本文利用数值模拟技术完善试验研究，采用不同的单元类型对钢框架进行了非线性分析。不仅计算结果与试验结果吻合良好，还进一步揭示了试验中难以发现的现象。 最后，在总结论文工作的基础上，提出了本课题尚待解决的问题。
参考文献：
[1]. 刚性钢框架梁柱连接在低周循环荷载作用下的非线性有限元分析[D]. 郭士雄. 西安科技学院. 2001
[2]. 半刚性连接钢框架抗震性能的非线性有限元分析[D]. 周楠楠. 山东科技大学. 2007
[3]. 双腹板、顶底角钢半刚性连接的受力性能研究[D]. 王琦. 山东科技大学. 2008
[4]. 钢结构住宅抗侧力体系试验研究与非线性分析[D]. 管克俭. 武汉理工大学. 2003
[5]. 顶底角钢与H型钢柱弱轴连接节点的伪静力试验性能及分析[D]. 袁媛. 西安建筑科技大学. 2007
[6]. 半刚接钢框架—内填非加劲薄钢板剪力墙体系的试验研究与理论分析[D]. 张文强. 西安建筑科技大学. 2010
[7]. 方钢管混凝土柱—钢梁框架节点抗震性能及承载力研究[D]. 周天华. 西安建筑科技大学. 2004
[8]. 端板连接弯矩—转角关系及半刚性钢框架抗震性能的研究[D]. 王涛. 华南理工大学. 2013
[9]. 平齐端板连接的半刚性框架—钢板剪力墙性能研究[D]. 解琦. 西安建筑科技大学. 2014
[10]. 钢框架抗侧力体系连接性能研究[D]. 吴芸. 武汉理工大学. 2003
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