钢结构高强螺栓端板连接节点弯矩-转角关系及受力性能研究

摘要

钢结构框架中梁与柱连接节点，按其转动约束刚度可分为三类:刚性节点半刚性节点和铰接节点。高强螺栓端板连接由于其易于安装和定位，施工较方便而被广泛采用。又由于其具有较高的连接刚度而常常被当作完全刚性的节点来处理。但根据R.Hansan和N.Kishi等人的研究表明，当螺栓端板连接的初始连接刚度大于105.05KN·m/rad时，这种连接才可以看作是刚性连接，否则就应将其视作半刚性连接。我国钢结构设计规范第3.2.6条对半刚性连接做出了原则性规定，提出了“在内力分析时，必须预先确定连接的弯矩-转角特征曲线，以便考虑连接变形的影响”。明确了在钢框架的分析和设计中考虑半刚性连接节点对框架内力的影响，但并没有提出如何确定半刚性连接的弯矩-转角特征曲线，所以对高强螺栓端板连接节点的研究有重要的理论和应用价值。 本文通过借鉴国内外的研究成果给出用以描述高强螺栓端板连接节点弯矩-转角关系曲线的三折线表达式并推导了连接的塑性极限抗弯承载力和初始转动刚度的计算公式；对典型的高强螺栓端板连接节点进行三维非线性有限元分析，分析其在静力荷载作用下的工作性能，对节点的弯矩-转角曲线关系等方面进行重点研究，主要研究内容包括: 1.给出实用的三折线表达式，用以描述端板连接的弯矩-转角关系曲线。通过对应变强化刚度的简单推导，给定连接塑性段的应变强化刚度为连接初始转动刚度的1/40。 2.推导了螺栓端板连接的塑性极限抗弯承载力和初始转动刚度的计算公式。应用MATLAB语言编写程序分别计算一些试验节点的塑性极限抗弯承载力和连接初始转动刚度并按照本文给出的三折线表达式做出连接的弯矩-转角关系曲线，通过与己有的试验数据和试验曲线进行对比，证明本文给出计算公式以及弯矩-转角关系曲线表达式可较好的反应高强螺栓端板连接节点的实际工作性能; 3.对采用不同的螺栓直径和端板厚度的高强螺栓端板连接节点进行三维非线性有限元分析，研究高强螺栓以及端板厚度对节点的初始连接刚度、节点极限承载力的影响。并对有限元分析结果与理论推导的计算结果进行对比，进一步确定本文初始转动刚度以及塑性极限抗弯承载力计算公式的可靠性。同时做出有限元分析的节点的弯矩-转角关系曲线与三折线表达式做出的曲线进行对比，进一步证明本文给定用于描述高强螺栓端板连接节点的弯矩-转角曲线关系的三折线表达式的适用性，为该类节点作为半刚性节点设计的实际应用提供有益参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第二章 连接的弯矩-转角关系曲线

第三章 塑性极限抗弯承载力和初始转动刚度的计算方法

第四章 高强螺栓端板连接节点三维非线性有限元分析

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

作者简介