端板连接节点半刚性性能的非线性分析

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目前端板连接节点的理论计算尚未有成熟的方法,有关的规范、规程对节点的规定主要是传统的设计方法,它对节点的简化和假设不能充分反映端板连接节点的受力性能。通常在设计的过程中很少注意端板连接节点的转动。由于梁一柱的端板连接节点的转动,减少了梁与柱之间的约束,增加了柱的计算长度和梁的挠度,对结构体系是不利的,是值得研究的。 本文首先从能量法的角度出发,选取典型板块推导端板厚度的设计公式。随后通过运用非线性有限元方法,考虑了材料的非线性,端板与柱翼缘、螺栓与端板之间的接触状态非线性,使用有限元接触单元TARGE170与CONTA174,预应力单元PRETS179,同时对高强螺栓施加预应力,建立了十八个不同尺寸的外伸式端板连接节点模型,并进行非线性有限元计算,对其中六个典型的外伸式端板连接节点模型,深入分析了各节点模型构件(包括梁、柱的腹板与翼缘,端板,螺栓)进入屈服,达到极限的不同阶段、位置和受力性能,亦分析了端板与柱翼缘的接触应力和状态的变化,螺栓屈服及破坏的位置变化,节点的弯矩一转角变化关系。发现了节点域腹板和柱端板下沿是外伸式有加劲肋端板连接节点受力和变形的薄弱部位,这两处的Mises应力远远超出其他部位的应力。若通过构造措施,加设节点域斜向加劲肋并延长柱端板,可将节点的转角缩小。同时节点的应力分布也得到改善。最后将端板连接节点的研究结论应用于实际工程中,分析对比节点受力、变形的合理性,又探讨了端板连接节点的半刚性性能及其对门式刚架内力和变形的影响。得出的结论是:节点半刚性对刚架的位移和内力有较大影响。当节点转动刚度较大时,门式刚架按节点理想刚性设计是可行的,但当节点的转动刚度较小时仍按理想刚性对待可能会导致结构的不安全,因此建议设计时应尽量增大节点的刚性。这为端板连接节点在门式刚架与钢结构中的合理应用提供了借鉴依据。根据研究得出了一些主要结论,提出一些对工程设计具有一定的参考价值的结论与建议,同时也为进一步的研究该种节点的连接性能打下了基础。同时,亦提出了本文在研究过程中的不足及缺陷,并且指出了以后研究的主要方向。
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