1、青岛理工大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得青岛理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：青岛理工大学学位论文使用授权声明青岛理工大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、CDMD和DMD有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的
2、保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括刊登)论文的全部或部分内容。论文的公布(包括刊登)授权青岛理工大学研究生处办理。日 期：望!三!：万方数据青岛理工大学工程硕士学位论文目 录摘要IAbstractIII第l章绪论111研究背景l12传统梁柱节点连接形式213新型梁柱刚性连接的改良314带悬臂梁段拼接的梁柱连接研究现状4141试验研究4142有限元分析515本文主要研究内容及方法5第2章有限元基本试件的设计721试件设计方案722试件设计依据723本章小结10第3章有限元理论及模型建立1131 ABAQUS有限元软件简介1l32材料参数1333施加约束及加载控制1334网格划分及单
3、元选取1435接触分析1 536螺栓预应力的模拟1637塑性理论基础1738非线性理论1839非线性求解控制一19310模型基本假定19311本章小结19第4章新型梁柱装配式双向连接节点有限元分析2l41悬臂梁段长度对节点力学性能的影响23411强轴BL和弱轴CL系列试件单调荷载作用下的荷载位移曲线23412强轴BL和弱轴CL系列试件单调荷载作用下的力学性能25413强轴BL和弱轴CL系列试件循环往复荷载作用下的滞回曲线26万方数据青岛理工大学工程硕士学位论文414强轴BL和弱轴CL系列试件循环往复荷载作用下的力学性能28415强轴BL和弱轴CL系列试件循环往复荷载作用下的骨架曲线29416强
4、轴BL和弱轴CL系列试件循环往复荷载作用下的延性系数30417强轴BL和弱轴CL系列试件循环往复荷载作用下的耗能系数31418强轴BL和弱轴CL系列试件应力路径3242翼缘拼接螺栓数量对节点力学性能的影响37421强轴LD和弱轴LS系列试件单调荷载作用下的荷载位移曲线37422强轴LD和弱轴LS系列试件单调荷载作用下的力学性能39423强轴LD和弱轴LS系列试件循环往复荷载作用下的滞回曲线40424强轴LD和弱轴LS系列试件循环往复荷载作用下的力学性能41425强轴LD和弱轴LS系列试件循环往复荷载作用下的骨架曲线42426强轴LD和弱轴LS系列试件循环往复荷载作用下的延性系数43427强轴L
5、D和弱轴LS系列试件循环往复荷载作用下的耗能系数44428强轴LD和弱轴LS系列试件应力路径4443螺栓预拉力对节点力学性能的影响49431强轴FN和弱轴FS系列试件单调荷载作用下的荷载位移曲线49432强轴FN和弱轴FS系列试件单调荷载作用下的力学性能5l433强轴FN和弱轴FS系列试件循环往复荷载作用下的滞回曲线52434强轴FN和弱轴FS系列试件低周反复荷载作用下的力学性能53435强轴FN和弱轴FS系列试件在反复荷载作用下的骨架曲线54436强轴FN和弱轴FS系列试件循环往复荷载作用下的延性系数55437强轴FN和弱轴FS系列试件循环往复荷载作用下的耗能系数56438强轴FN和弱轴FS
6、系列试件应力路径5644摩擦系数对节点力学性能的影响61441强轴MD和弱轴MC系列试件单调荷载作用下的荷载位移曲线61442强轴MD和弱轴MC系列试件单调荷载作用下的力学性能6244-3强轴MD和弱轴MC系列试件循环往复荷载作用下的滞回曲线一63444强轴MD和弱轴MC系列试件循环往复荷载作用下的力学性能一65445强轴MD和弱轴MC系列试件循环往复荷载作用下的骨架曲线66446强轴MD和弱轴MC系列试件循环往复荷载作用下的延性系数67447强轴MD和弱轴MC系列试件循环往复荷载作用下的耗能系数67448强轴MD和弱轴MC系列试件应力路径6845本章小结72第5章结论与晨望7551本文结论7
7、552展望及建议76参考文献77II万方数据青岛理工大学工程硕士学位论文攻读硕士学位期间发表的学术论文、参加的科研、工程实践及获奖情况8 l致谢83III万方数据青岛理工大学工程硕士学位论文摘 要随着我国科学技术的不断发展，钢结构在建筑领域中已得到广泛的应用，钢结构具有自重轻，刚度大等优点，并且具有良好的抗震性能以及安装方便、施工周期短、承受循环荷载的性能好等特点。梁柱连接节点是关键受力部位，节点性能的好坏直接影响着整个结构的刚度、强度、安全性、稳定性。本文将重点研究新型梁柱装配式双向连接节点在单调荷载和循环往复荷载作用下的受力性能，认识其破坏机理，为实际工程应用提供理论参考。本文研究的是一种
8、带悬臂梁段拼接的新型梁柱装配式连接节点，悬臂梁和框架梁通过交互布置上下翼缘拼接板连接，拼接板一侧与钢梁翼缘栓接，另一侧与钢梁焊接，悬臂梁与柱在工厂完成焊接，悬臂梁和框架梁在施工现场完成拼接安装。这种在工厂内焊接、施工现场快速安装就位的流程提高了施工效率，减少了焊接工作量，并且操作简便。本文以新型梁柱装配式双向连接节点BASE试件为基础，通过改变悬臂梁段长度、翼缘拼接板处螺栓数量、螺栓预拉力以及摩擦系数等参数设计了4组系列试件，利用ABAQUS有限元软件对各系列试件进行有限元模拟分析，研究了各系列试件在单调荷载作用下和循环往复荷载作用下的受力性能，得出了以下结论：(1)为了满足抗震要求，推荐使用
9、等强设计法设计新型梁柱装配式双向连接节点。(2)随着悬臂梁段长度的增大，拼接处与钢柱距离增加，试件在单调荷载作用下的极限承载力略有降低；同时在循环往复荷载作用下，滞回曲线饱满度逐渐降低，滞回环面积逐渐缩小，延性性能略有降低。考虑到过长的悬臂梁给运输带来困难，因此悬臂梁段长度取值要合理。最合理的范围为1115倍梁高范围，且不宜超过16m。(3)当实际采用的螺栓数目比按照等强度设计法计算所需减少25时，试件的极限承载力略有降低，进一步减少螺栓数目，试件的极限承载力却大幅度降低，螺栓在循环往复荷载作用下提前产生滑移，试件的延性性能和耗能性能随着螺栓数量减少而有所增强。增加螺栓数量对提高试件的最大极限
10、承载力没有明显的影响，但降低了各系列试件的延性性能和耗能性能。因此在实际工程设计时，在满万方数据青岛理工大学工程硕士学位论文足经济性的前提下，为了保证各系列试件同时具有良好的抗震性能和承载力，没有必要过多增加翼缘拼接处螺栓数量。(4)当实际采用的螺栓预拉力在规范规定值士20范围内，试件的最大极限承载力相差不大。但是随着螺栓预拉力增加，拼接处强度增大，拼接处螺栓在循环往复荷载作用下滑移出现时的荷载增大，各系列试件的延性性能和耗能性能随着螺栓预拉力的增大而逐渐降低。(5)由于试件是按照等强度设计法设计，增大摩擦系数，各系列试件的最大极限承载力增加不多，但是试件的延性性能和抗震性能却逐渐降低。这主要
11、是由于高强度螺栓主要是通过螺栓帽的摩擦、螺栓杆与孔壁的挤压作用耗散地震能量，摩擦系数的增大使其在荷载作用下滑动、挤压的程度降低。(6)当梁柱双向连接节点两侧钢梁与钢柱分别采用翼缘连接与腹板连接时，节点处两个方向的初始刚度存在差异，强轴连接与弱轴连接在单调荷载和循环往复荷载作用下表现出的受力性能并不完全一致。关键词：钢框架；装配式节点；骨架曲线；滞回曲线；耗能性能；ABAQUS万方数据青岛理工大学工程硕士学位论文AbstractWith the continuous development of science and technology in our country,thesteel str
12、ucture has been widely used in the construction fieldThe steel structure hasmany advantages as light weight，high stiffness，and it has many characteristics，such asgood seismic performance，convenient installation，short construction period，undercyclic loading well etcBeamcolumn connection node is the k
13、ey stress areaTheperformance of node directly affects the stiffness，strength，security,stability and theproject cost in the whole structureThis thesis will focus on the mechanical capacity ofthe new beam-column assembly type bidirectional connections under monotonic loadand under cycle load，understan
14、d the mechanism of failure and provide theory referencefor the engineering practiceThe study of this thesis is a kind of new beam-column assembly connection nodewith a cantilever beam spliceCantilever beam and frame beam are connected by upperand lower flange splice plateS interactive layoutOne side
15、 of splice plate connecteswith steel beam flange by bolting，the other side connects with the steel beam byweldingCantilever beam and colunm are completed by welding in the factoryCantilever beam and frame beam are completed by splicing installation at theconstruction siteThe process of the completio
16、n of welding in the factory,rapidinstallation in place at the construction site has improved the construction efficiencyItreduces the workload of welding，and the operation is convenientThis thesis is based on BASE specimen of a new type of beamcolumn assemblytype bidirectional connection node，design
17、s the four series of specimens by changing thelength of the cantilever beam，the number of bolts at flange splice plate，bolt pretensionand friction coefficient and other parametersAnd finite simulation analysis for theseries of specimens are made by finite element analysis software ABAQUSThebearing c
18、apacity of series of specimens are studied under monotonic load and undercycle loadThe conclusions were drawn as follows：(1)h order to satisfy with the requirements of seismic，strong design method isrecommended to design a new type of beam column assembly type bidirectionalconnection node model(2)Wi
19、th the increasing of the cantilever beam length，the distance between spliceand beam is increasing，and the maximum limit bearing capacity of the series ofIII万方数据青岛理工大学工程硕士学位论又specimens is slightly reducingAt the same time，plumpness of hysteresis curve isgradually reducing under reversed cyclic load；t
20、he area of hysteresis loop is graduallyshrinking；the ductility performance is decreasing graduallyIn the view of difficulttransportation in long cantilever,the length of the cantilever beam section should bereasonableThe reasonable range is 11 to 15 times the range of beam height，andwhich should not
21、 be more than 16m(3)When the actual number of bolts is 25less than number calculated accordingstrong design method，the maximunl limit bearing capacity of specimen decreasesslightlyThe maximum limit bearing capacity of specimen remarkably decreases whenfurther reducing the bolts，the bolt shows slidin
22、g phenomenon in advance under cycleload，and ductility and energy dissipation of the series of specimens are increasedgradually with the reduction of the number of boltsIncreasing number of bolts has nosignificant effect on improving the maximum limit bearing capacity of specimen，butthat makes ductil
23、ity and energy dissipation of the series of specimensreductionTherefore，for the actual engineering design，in the premise of meeting the economy,inorder to ensure that all series of specimens also has a good seismic performance andbearing capacity at the same time，it is not necessary to increase the
24、number of flangesplice bolt too much(4)When the actual bolt pretension is within the scope of the specification specifiedvalue plus or minus 20，the maximum limit bearing capacity of specimen dont appearto be much differentHowever,pretension of bolt is increaseing，which makes theintensity of the spli
25、cing increasedWhen bolt of spices is under cycle load，the load isincreasing during sliding timeThe ductility and energy dissipation of the series ofspecimens are decreasing gradually with the increasing of the bolt pretension(5)Due to the equivalent strength when designing the specimens，the increase
26、dfriction coefficient makes the maximum limit bearing capacity of the series ofspecimens increase a littleHowever,the ductility and energy dissipation of the series ofspecimens are decreased gradually with the increasing of the friction coefficientThis ismainly because high strength bolt expend seis
27、mic energy by the friction of bolt nut orextrusion between screw and screw hole While the increased friction coe伍cient let thebolt under the load sliding and extruding decrease(6)When two sides steel beam and steel column of twoway beam columnconnection repectively adopts flange connection and web c
28、onnection，there are differentinitial stiffness in two directions of beam column joints，the mechanical properties ofIV万方数据青岛理工大学工程硕士学位论文s仃ong axis connection and weak axil connection under monotonic loading and cyclicloading put up not exact matchKey words：steel frame；assemble connection；skeleton cur
29、ve；hysteretic curve；energy performance；ABAQUSV万方数据青岛理工大学工程硕士学位论文11研究背景第1章绪论随着世界各国经济的快速发展，建筑工程领域的不断创新，高层建筑、大跨度建筑功能和结构形式也不断提高和发展。钢结构自重轻，刚度高，并且具有良好的抗震性能以及安装方便、施工周期短、承受循环荷载的性能好等特点，随着我国科学技术的不断发展，钢结构在建筑领域中己得到广泛的应用，例如国家体育场、国家游泳中心、央视大楼、五棵松体育馆、国家大剧院、天津环球金融中心等。同时钢结构也大量应用在大跨度网架和轻重型工业厂房中，装配式钢结构住宅还有待于进一步推广。钢结构在我
30、国建筑领域中起着举足轻重的作用，有着极其广阔的发展前景。我国2003年钢产量突破了222亿吨；2013年，我国钢产量达到了782亿吨，占世界总量的一半；我国的钢产量处于世界的领先地位。同时，我国政府颁布了一系列措施用以推广钢结构在建筑工程领域中的应用，大力的扶持钢结构产业的发展。因此，着重推广钢结构的应用是大势所趋。钢结构梁柱连接节点是关键受力部位【l】，节点性能的好坏直接影响着整个结构的刚度、强度、安全性、稳定性。二十世纪末以来，在世界范围内发生了多次大地震，由于人们对于钢结构在地震作用下的破坏机理认识不足，在设计中未能采取有效的措施进行避免，地震中钢结构梁柱连接节点破坏情况十分严重。199
31、4年的美国北岭地震中【2。9】，因梁柱连接节点的破坏而导致建筑物倒塌或构件破坏的现象并不多见，但梁柱节点出现了大量的脆性破坏。1995的日本神户大地震10-16】，钢结构建筑出现了大量倒塌的现象，造成这种情况的主要原因是当地震持续了足够长的时间，或在主震后发生了类似的强余震，这种局部失效会发展成结构的整体倒塌。从震后的调查中发现，虽然梁柱采用焊接连接，梁柱连接处刚度比较大，但是大量的焊缝使得梁柱连接处延性将低。在地震作用下，焊缝节点连接处容易产生脆性断裂17-20】。人们发现传统梁柱焊接连接节点的抗震性能和受力性能存在很多不足，钢结构梁柱连接的抗震性能有待进一步深入研究，许多专家学者开始对梁柱连接性能进行大量的试验研究和理论分析，并开始重点研究节点的抗震性能，探讨新型梁柱连接方式。万方数据
