周楠楠[1]2007年在《半刚性连接钢框架抗震性能的非线性有限元分析》文中研究说明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。
王英[2]2007年在《半刚性钢框架整体性能的有限元分析及拟静力试验研究》文中认为对于半刚性节点的研究无论在理论方面还是试验方面在国内外都取得了不少成果，但对于半刚性节点钢框架的整体性能研究还很少，无论是在理论分析方面还是试验研究方面都需要完善和加强。本文以双腹板顶底角钢连接节点的性能为基础，以半刚性连接钢框架在周期往复荷载作用下的性能为最终研究对象，应用ANSYS有限元分析和拟静力试验来考察半刚性连接框架在周期往复荷载作用下的破坏形态、变形特点、荷载一位移滞回曲线、结构延性等性能，同时分析了框架节点的受力特点及各部件的应力、应变变化情况。研究结果表明，双腹板顶底角钢连接钢框架在周期往复荷载作用下具有良好的延性，梁柱节点具有非常稳定的非线性变形能力和耗能能力，是影响框架延性的最主要因素，节点的塑性变形主要由顶底角钢提供。双腹板顶底角钢连接框架破坏时是由于节点变为塑性铰，结构破坏属延性破坏，从根本解决了刚性连接框架节点延性不易保证、容易发生脆性断裂的缺陷。
汪凯[3]2006年在《钢框架梁柱节点受力性能有限元分析比较》文中研究表明钢框架是多、高层建筑钢结构的常用结构体系,90年代在美国和日本发生的两次地震中大量的钢框架刚性梁柱节点出现了大量的脆性破坏,梁并未有明显的或没有发生塑性变形,为了改进梁柱节点的受力性能,研究人员做了大量梁柱节点的实验研究,其中有两种节点节点形式可以很好改善节点的受力性能,即半刚性节点和狗骨式节点。 本文的目的在于在从实验结果总结的基础上,对半刚性节点和狗骨式节点进行ANSYS有限元受力性能分析,对比普通刚性节点的受力性能,分析了半刚性节点和狗骨式节点的优势。同时就半刚性节点的角钢对其性能的影响做了一定模拟分析,总结出角钢对节点受力性能的影响方式和程度;对狗骨式节点的削弱尺寸进行了研究分析,对各削弱尺寸对节点受力性能的影响分别进行了研究比较。 通过本文的研究工作可以认为,半刚性节点和狗骨式节点对比传统刚性节点有很好的滞回性能和延性,可以改善钢框架梁柱节点在地震荷载作用下的受力性能。
完海鹰[4]2009年在《钢结构半刚性连接体系理论分析及实验研究》文中进行了进一步梳理早期的多高层建筑钢结构设计,为了能有效地抵抗结构的侧向荷载和降低结构在侧向荷载作用下所产生的水平位移,一般把梁柱连接设计成刚性连接。学术界和工程界也普遍认为,梁柱的刚性连接具有较好的抗震性能,因此在工程中得到了广泛应用。但是,在1994年美国的北岭(Northridge)和1995年日本的阪神大地震中,许多采用全焊接刚性连接的钢结构节点由于节点处焊缝应力集中而明显地遭到了严重的脆性破坏。这两次地震引起了工程技术人员对连接形式的重新审视,引起了人们对刚性连接这一传统观点的反思。从而,人们开始寻找和研究一种新型节点—梁柱半刚性节点,其基本思想是通过摩擦型高强螺栓以及连接件(角钢、端板以及T型钢等)把梁柱连接在一起。由已经得到的研究成果可知,梁柱半刚性连接节点具有较强的耗能能力,抵抗相当的地震荷载,能够提供更多的屈服容量和延性容量,同时还能节省节点的用钢量,这使得半刚性连接成为一种既经济又可靠的连接方式。双腹板、顶底角钢连接以其具有明显的非线性特征而被称为典型的半刚性连接形式,但由于其破坏的形式比较复杂,影响因素较多等原因在国内外研究中触及很少。本文对半刚性连接节点和具有半刚性连接的整体钢框架进行了理论研究与实验分析。连接节点是结构的重要组成部分,连接的抗震性能也直接影响着结构的抗震性能。节点抗震性能的研究是结构抗震性能研究的前提,因此本文首先对半刚性连接节点进行了理论和实验研究,主要完成了以下工作:1.综述了半刚性连接的研究背景,介绍了国内外的研究情况,在总结和整理的基础上,对半刚性连接进行了较为系统的分类和研究方法的探讨,并针对双腹板、顶底角钢半刚性连接这种特定的半刚性连接进行了较为深入的理论研究;2.在双腹板、顶底角钢半刚性连接试验研究分析的基础上,利用有限元方法对一个该类型节点进行了单向荷载作用下的数值模拟分析,得到了节点在单向加载作用下的应力变化及塑性区发生、发展直至破坏的整个过程;3.在双腹板顶底角钢半刚性连接单向荷载数值模拟分析和节点单调加载试验的基础上,通过对该类型不同尺寸的节点进行循环荷载作用下的数值模拟分析和试验分析,得到了该类型节点在循环加载作用下的滞回曲线和刚度退化曲线,研究了该种连接的耗能性能和延性,初步建立起该种连接的滞回模型并确定了模型的参数,为研究半刚性连接钢框架在地震荷载作用下的性能提供理论依据和基础。由上述得到的半刚性连接节点研究成果可知,该种连接具有良好的抗震性能。根据半刚性连接的性能,国内外专家学者开始研究具有半刚性连接的整体框架的动力性能,然而这方面的研究尚处于起始阶段,没有相对成熟的理论依据和实验基础。本文在参考国内外大量相关文献资料的基础上,主要完成了下面的工作:1.采用拟动力实验,研究了双腹板、顶底角钢半刚性连接得整体框架结构在拟动力试验中各主要受力截面应变响应、层间刚度变化、框架的各层加速度响应、各层位移反应和基底剪力响应;研究了不同节点刚度钢框架,在不同地震荷载作用下的地震响应,分析了节点刚度对结构动力性能的影响。2.由虚功原理和梁柱理论,推导出了半刚性连接杆单元的刚度矩阵,采用Reilay阻尼和Newmark数值积分法,使用Matlab软件对具有半刚性连接的平面钢框架结构编制了弹性时程分析程序,并使用该程序进行了大量的计算,分别分析了连接的半刚性对无柱间支撑和有柱间支撑平面钢框架结构在地震荷载下的结构响应特性。试验和分析表明:半刚性连接具有稳定的滞回性能和良好的耗能性。具有半刚性连接的整体钢框架结构在地震荷载作用下具有良好的抗震性能。当框架采用半刚性节点时,尽管降低了框架的刚度和稳定性,但其又具有较好的延性和耗能能力,不但可以增加结构的阻尼,延长结构周期,而且可以降低振幅,从而达到降低震害的目的。无柱间支撑钢框架结构对连接的半刚性性能非常敏感,在高层钢框架结构中不宜使用转动刚度较小的半刚性连接形式。半刚性节点和半刚性整体钢框架的抗震性能研究是工程界重点研究的课题之一,研究及应用前景十分广阔,可以为制定国家相关规范、指导工程设计和抗震减灾工作提供参考依据。
张景辉[5]2013年在《梁柱双腹板顶底角钢连接受力性能的有限元分析》文中指出摘要：钢框架梁柱连接节点的受力性能直接影响着结构的整体性能,其可靠性是保证结构安全的关键环节。在实际工程中,所有的梁柱连接都处于完全刚接和理想铰接两种状态之间,随之产生了半刚性连接的概念。双腹板顶底角钢连接以其具有明显的非线性特征而被认为典型的半刚性连接形式,但由于其破坏的形式比较复杂,影响因素较多等原因在国内外研究中触及较少。本文在已有研究的基础上,采用有限元数值模拟和正交回归的方法,对双腹板顶底角钢连接进行了系统的研究。首先,通过前人的试验研究与本文的有限元计算结果对比,验证数值模拟方法研究双腹板顶底角钢连接受力性能的正确性和可行性,并分析产生偏差的原因。其次,针对不同的顶底角钢厚度、腹板角钢厚度、螺栓直径、梁截面高度、柱腹板厚度、抗滑移系数、轴压比及加劲肋形状,分别建立一系列单调加载模型。然后,对这些模型进行计算并分析各单因素对节点受力性能的影响。最后,利用正交试验级差分析的方法,分析各因素在不同水平组合下对节点极限弯矩承载力和初始转动刚度的影响程度,并找出各因素的最优水平组合。针对正交试验的各因素进行回归分析,得出节点极限弯矩承载力和初始转动刚度与影响因素的相关关系的近似经验公式。
张燕[6]2015年在《波纹腹板H型钢梁顶底角钢连接半刚性节点研究》文中指出顶底角钢连接是钢结构中一种比较简单的节点连接构造形式,被视为典型的半刚性连接。顶底角钢连接即设置在梁上下翼缘处的两个角钢由螺栓将梁与柱连接在一起。顶底角钢连接具有构造简单、传力明确,无需现场施焊,施工周期短等优点。目前在工程中已有成功的应用。这种节点连接方式的节点布局多样化,力学性能复杂,呈现出非常明显的非线性特性。波纹腹板H型钢梁采用波纹钢板作为H型梁的腹板,采用厚度相对较小的腹板就能够获得比较高的平面外刚度和屈曲强度,而并不需要使用加劲肋。若设计合理,波纹腹板屈曲强度可以达到钢材的抗剪屈服强度,材料利用率高,可以节约大量钢材,经济效益十分显着。我国目前对于顶底角钢连接的节点半钢性研究较少,对于波纹腹板H型钢梁的顶底角钢连接节点的半刚性研究少之又少。因此本文的研究是很有意义的。本文首先简要地介绍了波纹腹板H型钢梁的节点半刚性的研究现状;说明了半刚性连接的分类方法、特性、研究方法以及本构模型。然后比较系统的阐述了数值模拟分析的理论基础。运用有限元软件ANSYS对波纹腹板H型钢梁顶底角钢连接的半刚性节点进行静力荷载下的数值模拟,对节点的特性进行了分析,研究角钢厚度、波纹腹板H型钢梁的高度、螺栓直径、螺栓间距、高强螺栓预紧力等因素对节点力学性能的影响,分别得到相应的弯矩—转角曲线和应力云图等,从而得出一些有价值的结论,对波纹腹板H型钢梁顶底角钢连接半刚性节点的研究有一定意义。
李庆锋[7]2003年在《一种半刚性连接钢框架节点受力性能的非线性分析》文中指出在传统的梁柱分析理论中，总是只将梁柱连接假定为理想铰接或完全刚接。然而大量的工程实践和理论实验证实，梁柱连接是介于刚性与柔性之间，是为半刚性的，因为现实中的刚节点其刚度总是有限的，而所谓的铰节点也是有一定刚度的。这种理想化的假设虽然能大大简化结构的设计分析过程，但却会造成理论与实践的巨大差异、结构的不安全或偏保守、经济的不合理等现象。本文在参照国内外大量文献资料的基础上，致力于研究一种具有优良抗震性能的新型节点—双腹板、顶底角钢半刚性连接节点。对该种连接在静载作用下进行了试验，并建立理论模型，采用大型有限元分析软件包ANSYS对节点叁维非线性有限元精确数值模拟实验分析，对其极限承载力进行理论研究，分析变形特征、应力强度分布、塑性区开展情况及弯矩转角变形关系等，得到一些有益于实际工程应用的基本结论，并为进一步开展节点在动荷载下的有限元模拟分析打下良好基础。
秦浩[8]2007年在《半刚性钢框架动力性能的有限元分析》文中研究表明自Northbridge地震和阪神地震后，半刚性连接钢框架在地震作用下的整体性能成为各国学者研究的一个重要课题。根据已经得到的研究成果可知，双腹板顶底角钢连接具有良好的抗震性能。本文以半刚性连接节点的性能为基础，以半刚性连接钢框架在地震作用下的动力性能为研究对象，应用ANSYS有限元软件，采用3-D实体建模的方法，模拟分析半刚性连接框架在地震作用下的性能。在参考国内外大量文献资料的基础上，借鉴部分学者的研究方法，对双腹板顶底角钢连接钢框架的模态，在地震作用的动力性能进行了数值模拟分析。研究了双腹板顶底角钢连接钢框架的模态，在地震力作用下的变形特点、荷载一位移滞回曲线、节点的受力和变形特点。研究结果表明，双腹板顶底角钢连接钢框架在地震作用下具有良好的滞回性能，结构的塑性变形开始于顶底角钢，节点的半刚性主要体现在顶底角钢上。
史辉[9]2007年在《带双腹板的顶底角钢连接在地震作用下的受力性能研究》文中指出钢结构由于其良好的延性、塑性和韧性,一直被认为是抗震性能最为可靠的结构形式。但在相继发生的1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中,许多钢结构建筑出现了不同程度的脆断破坏,表明采用刚性连接的梁柱节点延性较差,容易发生脆性破坏,而非刚性连接由于其较强的耗能能力,能提供更多的屈服容量和延性容量,同时可节省节点的用钢量,其经济性和可靠性较好。钢结构梁柱节点带双腹板的顶底角钢连接属于非刚性连接的范畴,本文借助通用有限元软件ANSYS_9.0进行了叁维有限元弹塑性分析,用循环荷载代替地震荷载以研究结构在地震作用下的变化规律,全面地研究了带双腹板的顶底角钢连接和刚性连接的受力特性。建立了比较精细反映实际构件受力特性的分析模型,构建模型时综合考虑了材料非线性、几何非线性以及状态非线性的影响,并考虑了高强螺栓预紧力的影响。通过对双腹板、顶底角钢连接和全焊接刚性连接进行单向加载弹塑性有限元分析和低周反复循环荷载作用下弹塑性有限元分析的研究对比,得到了其受力性能及变化规律,对认识其受力特性和指导今后的结构设计具有重要的参考价值。分析研究成果表明带双腹板的顶底角钢连接具有很好的延性,在循环荷载作用下的耗能能力优于刚性连接作用下的耗能能力,且梁端位移两者较为接近。角钢和螺栓的塑性变形是节点域延性的必要保证,因半刚性连接特性使该区域的刚度有所下降,故设计时应控制好角钢、螺栓之间材性的相对关系。同时采用半刚性连接后竖向承载力有所降低,设计时应引起足够的重视。本文对于梁柱节点带双腹板的顶底角钢连接和刚性节点的受力性能和破坏机理进行了深入的分析研究,为钢框架梁柱节点连接的理论和设计方法的研究以及探索新型的节点形式提供了有价值的数据和参考依据。
杨苏[10]2006年在《双腹板顶底角钢连接的数值模拟分析》文中研究说明在钢框架设计中,工程师们一般都将梁柱连接做成所谓的“刚节点”,以抵抗结构的侧向荷载和降低结构在侧向荷载作用下所产生的水平位移。但是,北岭地震以后,在洛山矶地区就有超过200栋钢结构建筑的此类节点发生了断裂破坏。梁柱连接性能受到广泛关注,许多研究者开始转向其它的连接形式。 本文尝试研究一种新型半刚性节点一双腹板、顶底角钢半刚性连接节点。采用MSC.PATRAN/MARC软件模拟该连接在单调荷载和周期荷载作用下的试验。研究了其在弯矩荷载作用下的破坏机理、做出该连接的滞回曲线,并确定了滞回模型,为研究其在地震荷载作用下的性能提供了一定的依据。
参考文献：
[1]. 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
[2]. 半刚性钢框架整体性能的有限元分析及拟静力试验研究[D]. 王英. 合肥工业大学. 2007
[3]. 钢框架梁柱节点受力性能有限元分析比较[D]. 汪凯. 合肥工业大学. 2006
[4]. 钢结构半刚性连接体系理论分析及实验研究[D]. 完海鹰. 中国科学技术大学. 2009
[5]. 梁柱双腹板顶底角钢连接受力性能的有限元分析[D]. 张景辉. 北京交通大学. 2013
[6]. 波纹腹板H型钢梁顶底角钢连接半刚性节点研究[D]. 张燕. 河北工程大学. 2015
[7]. 一种半刚性连接钢框架节点受力性能的非线性分析[D]. 李庆锋. 合肥工业大学. 2003
[8]. 半刚性钢框架动力性能的有限元分析[D]. 秦浩. 合肥工业大学. 2007
[9]. 带双腹板的顶底角钢连接在地震作用下的受力性能研究[D]. 史辉. 西安理工大学. 2007
[10]. 双腹板顶底角钢连接的数值模拟分析[D]. 杨苏. 合肥工业大学. 2006
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