钢管柱—工字梁连接节点受力性能研究

occupied the full width of column flange; connections stress distributed uniformly, all of which improved the stress performance of connections. The length of stiffener were significant in influencing the bearing capacity and ductility performance, which increased the length of stiffener benefiting the passing of the moment of beam end to the column web stiffener, at the same time, stiffener flange connected with the column of the stress concentration phenomenon were more and more serious. Reasonable length of stiffener should be chosen to improve connections stress performance, and it were not significant for column wall thickness on the bearing capacity and ductility. The increase of column wall thickness could not be solely relyed on to improve the stress performance of node, instead, some economical column thickness should be considered.
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论文题目：钢管柱—工字梁连接节点受力性能研究 专 业：结构工程 （签名） （签名）
硕 士 生：马传普 指导教师：郭秉山
摘
要
随着国民经济的快速发展，钢结构建筑蓬勃发展，钢管柱因材料利用充分、结构自 重轻，对基础要求低等优点，其节点形式应用越来越广泛。传统在柱内加焊横隔板的方 钢管梁柱节点制作复杂、造价提高、焊接质量不易保证。因此研究 T 型加劲肋的方钢管 柱-工字梁节点的工作性能具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文采用 ABAQUS 有限元软件，对有 T 型加劲肋的方钢管—工字梁连接节点进行 竖向加载弹塑性分析，考虑柱壁厚度、加劲肋尺寸等参数变化，较系统地研究了方钢管 —工字梁连接节点的受力性能。研究表明：单调荷载作用下，弹性阶段，加劲肋腹板与 翼缘连接处首先出现高应力区，进入弹塑性阶段，梁翼缘与加劲肋连接端部出现贯通整 个翼缘的塑性区，梁腹板相应位置也进入塑性，并逐渐向中心扩大，此时应力最大的区 域转移至梁翼缘与加劲肋连接端部的中心， 最后， 梁翼缘在加劲肋连接端部形成塑性铰； 由于加劲肋的加强作用，破坏时节点处变形不是很大，但梁上、下翼缘与加劲肋连接端 部发生很大的变形；循环荷载作用下，节点的滞回曲线饱满，耗能性能良好；梁上、下 翼缘及加劲肋与柱连接的角部易出现应力集中现象，工程实际中宜采取相应措施避免应 力集中；T 型加劲肋节点承担了一部分应力，梁翼缘宽度和加劲肋截面高度占据了柱翼 缘全部宽度，节点应力分布更均匀，改善了节点的受力性能；加劲肋长度对节点的极限 承载力和延性性能影响显著，增大加劲肋长度有利于梁端弯矩通过加劲肋向柱腹板传 递，但加劲肋长度增加的同时，加劲肋翼缘与柱连接处的应力集中现象越来越严重。故 应选择合理的加劲肋长度来提高节点受力性能；柱壁厚度对节点的极限承载力和延性性 能影响不太显著，不能一味地增加柱壁厚来提高节点的受力性能，宜选择经济的柱壁厚 度。
Keywords：Tubular column to I-beam connections; T-stiffener; hysteric property; plastic
hinge
Thesis
：Application Research
目
录
目 录
1 绪论 ........................................................................................................................................ 1 1.1 引言 ............................................................................................................................... 1 1.2 本课题在国外的研究动态与发展趋势 ....................................................................... 2 1.3 本课题在国内的研究动态与发展趋势 ....................................................................... 3 1.3 本文研究内容及技术路线 ........................................................................................... 4 2 有限元基础理论 ..................................................................................................................... 6 2.1 有限元法 ....................................................................................................................... 6 2.1.1 非线性塑性理论 ........................................................................................................ 6 2.1.2 有限元程序的选取 .................................................................................................... 9 2.2 非线性有限元方程 ..................................................................................................... 10 2.2.1 几何非线性的有限元方程 ..................................................................................... 10 2.2.2 材料非线性的有限元方程 ..................................................................................... 12 2.2.3 接触状态变化非线性 .............................................................................................. 17 2.3 钢管柱—工字梁连接节点模型单元特征 ................................................................. 17 2.4 边界条件和加载控制 ................................................................................................. 20 2.5 节点受力性能分析采用的参数 ................................................................................. 21 2.5.1 滞回曲线 ............................................................................................................... 21 2.5.2 骨架曲线 ............................................................................................................... 22 2.5.3 等效粘滞阻尼系数 ............................................................................................... 22 2.5.4 位移延性系数 ....................................................................................................... 22 3 钢管柱—工字梁连接节点有限元分析模型 ...................................................................... 24 3.1 钢管柱—工字梁连接节点设计 ................................................................................. 24 3.1.1 基本（BASE）试件 ............................................................................................. 24 3.1.2 系列试件 ............................................................................................................... 24 3.2 材料力学参数 ............................................................................................................. 25 3.3 单元网格划分 ............................................................................................................. 26 3.4 模型加载方案 ............................................................................................................. 27 4 数值模拟计算结果分析 ....................................................................................................... 29 4.1 BASE 试件 .................................................................................................................. 29 4.1.1 单调加载 P-Δ 曲线 ............................................................................................... 29 4.1.2 循环加载 P-Δ 滞回曲线 ....................................................................................... 30 4.1.3 应力分析 ............................................................................................................... 30