RBS型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接边框架节点滞回性能的有限元分析

摘要

目前国内外对工字形弱轴连接的研究较少且传统的弱轴连接存在较多的问题。针对这些问题，长安大学卢林枫副教授发明了一种节点域箱型加强式工字形柱弱轴连接，该新型节点在单调荷载试验中已被证明具有良好的力学性能。因此本文利用有限元分析软件ABAQUS进一步研究分析该新型节点在循环荷载下的力学性能。
　　本文首先研究的是RBS（Reduced Beam Section）试件和BASE试件的M-θ曲线、转动刚度、承载力、转角延性以及塑性转动能力，同时按照欧洲EC3规范分别对其进行了刚度分类；其次对RBS试件的柱轴压比、摩擦面抗滑移系数、蒙皮板厚度和高度、钢材材性、梁翼缘削弱参数、柱腹板厚度、强轴弯矩以及梁柱线刚度比等因素进行变参数分析；最后对RBS试件的不足进行了改进研究。得到的主要结论如下：
　　1、RBS试件较BASE试件节点的转动刚度、承载力有所下降，但RBS试件具有较好的耗能能力和塑性转动能力，RBS试件的塑形转动能力大于0.04rad，而BASE试件的塑性转动能力仅为0.036rad。另外，RBS节点在有侧移和无侧移框架中均属于半刚性连接，而BASE节点在无侧移框架中属于刚性连接，在有侧移框架中属于半刚性连接。
　　2、柱轴压比过大会使柱P-△效应明显，降低节点的塑性转动能力，因此控制该新型弱轴连接RBS节点轴压比在0.8以内；摩擦面抗滑移系数对节点的力学性能影响较小，但为防止高强螺栓过早出现滑移，建议摩擦面使用喷砂（丸）的处理方法；蒙皮板厚度对节点的力学性能有较大影响，而高度对节点的力学性能影响不大；提高钢材的强度会增大节点的承载能力，但会降低节点的延性和塑性转动能力；根据试件的各方面的综合因素，对新型弱轴RBS节点削弱参数提出了一些建议；柱腹板厚度对节点的力学性能影响很小；强轴弯矩对弱轴连接有一定影响；梁柱线刚度比对节点的力学性能有较大影响，建议梁柱的线刚度比值不大于1.0。
　　3、梁翼缘开孔的节点改进方式操作简便且对孔边材质伤害较小，而对节点的力学性能影响较小；节点域加竖向加劲肋的节点改进方式对节点的力学性能影响较大，能降低了蒙皮板和对接焊缝处的应力大小和分布。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2节点域箱形加强式弱轴连接节点

1.3梁端削弱节点

1.4国内外研究现状

1.5目前研究的不足及本文研究的主要内容

第二章 ABAQUS模拟方法及研究

2.1概述

2.2有限元模型的建立

2.3 ABAQUS分析中的关键问题

2.4有限元验证

2.5本章小结

第三章 新型梁柱弱轴连接RBS节点的力学性能分析

3.1节点的研究方法

3.2有限元数据的处理方法

3.3 M-θ曲线分析

3.4塑性转动能力

3.5连接的综合分类

3.6节点关键部位应力分布及发展状况

3.7本章小结

第四章 新型梁柱弱轴连接RBS节点的变参数分析

4.1轴压比的影响

4.2摩擦面抗滑移系数的影响

4.3蒙皮板的影响

4.4钢材材性的影响

4.5蒙皮板尺寸公式的验证

4.6 RBS节点各削弱参数的影响

4.7柱腹板厚度的影响

4.8强轴弯矩的影响

4.9梁柱线刚度比的影响

4.10本章小结

第五章 新型梁柱弱轴连接节点的改进

5.1 梁翼缘削弱方式的改变

5.2 RBS节点域的改进

5.3本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

附录

攻读学位期间取得的研究成果

致谢