刚性钢框架梁柱连接在地震作用下的累积损伤破坏机理及抗震设计对策

摘要

长期以来,人们认为刚性钢框架梁柱连接具有极好的抗震性能,因此广泛应用于强震地区.但1994年的Northridge地震和1995年的阪神地震改变了人们的看法,地震中梁柱连接发生了脆性破坏,显示出人们对于刚性梁柱连接的受力性能和破坏机理认识不足.为了避免人员伤亡和财产损失,对于焊接钢框架梁柱连接在循环荷载作用下的响应和破坏机理进行分析研究,提出抗震设计建议和对策,不仅具有重要的理论意义,更有重大的工程实用价值.为了能够精确模拟地震荷载作用下梁柱连接的破坏行为,该文首次将各向同性弹塑性损伤与非线性有限元方法结合起来,导出了U.L格式的、考虑各向同性弹塑性损伤和混合强化的有限元基本方程.并编制了20节点等参元程序.该文的理论分析模型能够精确地模拟地震荷载作用下梁柱连接的响应,研究的内容系统、全面,结果及结论对于修订规范和指导工程设计有重要的参考价值,为进一步研究刚性钢框架梁柱连接的抗震性能打下了良好的基础.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1引言

1.2刚性钢框架体系

1.3刚性梁柱连接

1.4焊接刚性钢框架梁柱连接研究进展

1.4.1 Northridge地震前刚性钢框架梁柱连接研究回顾

1.4.2 Northridge地震后刚性钢框架梁柱连接研究

1.5各国规范对刚性钢框架梁柱连接的设计规定

1.6循环荷载作用下刚性钢框架梁柱连接研究存在的问题和本文的研究工作

1.6.1循环荷载作用下刚性钢框架梁柱连接研究的不足

1.6.2本文的研究工作

参考文献

2考虑各向同性弹塑性损伤的非线性有限元分析

2.1弹塑性损伤力学[2.1～2.51

2.1.1损伤变量与有效应力

2.1.2损伤演化方程

2.2考虑损伤和几何非线性的有限元方程[2.13～2.15]

2.3二十节点空间等参元的几何特性及矩阵分析

2.3.1节点坐标和位移

2.3.2几何矩阵

2.3.3单元刚度矩阵的形成

2.3.4结构钢混合强化本构关系

2.3.5 Kirchhoff应力与Cauchy应力的转换

2.3.6等效节点力的计算

2.4有限元程序的实现

2.4.1程序框图

2.4.2位移增量法

2.4.3弹塑性状态的决定和本构关系的积分

2.4.4强化模量H的确定

2.5算例

2.5.1悬臂梁大位移静力分析

2.5.2板壳弹塑性屈曲和后屈曲路径

2.5.3应变反向加载问题

参考文献

3刚性梁柱连接在循环荷载作用下受力性能的试验研究

3.1材性试验

3.1.1试样描述

3.1.2试验过程

3.1.3试验结果分析

3.2焊接刚性梁柱连接的循环加载试验

3.2.1试件设计

3.2.2试验装置

3.2.3试验结果

3.2.4试验结果分析

参考文献

4刚性梁柱连接在循环荷载作用下受力性能的有限元分析

4.1本文有限元计算结果与试验结果的对比

4.1.1SP4、SP5的有限元计算结果与试验结果对比

4.1.2试件PN3的有限元计算结果与试验结果对照

4.2刚性梁柱连接的有限元分析

4.2.1梁柱连接试件描述

4.2.2材料参数的选取

4.2.3单元划分

4.2.4加载制度

4.3计算结果分析

4.3.1计算结果

4.3.2对计算结果的分析

4.4本章小结

参考文献

5结论和建议

5.1本文试验研究和有限元分析结论

5.2抗震对策和设计建议

5.3后继工作

致谢

攻读博士学位期间论文发表及获奖情况

附录A部分试验照片

附录B抗弯钢框架试设计