梁柱端板连接半刚性组合边节点试验与理论研究

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梁柱端板连接具有施工方便、施工速度快、抗震性能好等优点,是钢结构连接的主要方式之一。钢框架分析中常假设梁柱端板连接节点是完全刚接的或理想铰接的。然而,实际工程中此类连接端板的效果是介于完全刚接和理想铰接之间的半刚性连接,而完全刚接和理想铰接并不存在。梁柱端板连接半刚性组合节点是钢框架结构中连接的传力枢纽,是影响整个钢框架结构性能的关键因素之一。梁柱端板连接半刚性组合节点中混凝土翼板与钢梁之间的组合作用大大地改善了节点的受力性能,提高了节点的初始转动刚度、抗弯承载力以及转动能力,从而保证了半刚性连接钢框架在地震中具有很高的延性与耗能能力。本文是在中国博士后科学基金(20070410174)的资助下完成的,主要研究了混凝土翼板外伸锚固和梁端连接板与柱翼缘间加设垫板的厚度对梁柱端板连接半刚性组合边节点性能的影响。具体包括以下工作:1.在进行广泛调研,并阅读大量国内外文献的基础之上,分析了近年来梁柱端板连接半刚性组合节点的研究进展。2.通过对3个梁柱端板连接半刚性组合边节点的试验测试,进行了混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点性能影响的试验研究。3.通过对4个梁柱端板连接半刚性组合边节点的试验测试,进行了梁端连接板与柱翼缘之间加设的垫板的厚度对梁柱端板连接半刚性组合边节点性能影响的试验研究。4.利用组件法和塑性分析法分析了混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度、抗弯承载力以及转动能力的影响,并提出了混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度、抗弯承载力以及转动能力影响的计算公式。5.利用组件法和塑性分析法分析了梁端连接板与柱翼缘间加设垫板的厚度对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度、抗弯承载力以及转动能力的影响,并提出了梁端连接板与柱翼缘间加设的垫板的厚度对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度、抗弯承载力以及转动能力影响的计算公式。6.依据混凝土翼板外伸锚固以及梁端连接板与柱翼缘间加设的垫板的厚度对梁柱端板连接半刚性组合边节点影响的试验与理论分析,给出了梁柱端板连接半刚性组合边节点弯矩-转角关系设计曲线以及梁柱端板连接半刚性组合边节点设计方法的建议。
摘要第6-8页
ABSTRACT第8-9页
第1章 绪论第15-20页
    1.1 研究背景与意义第15-17页
    1.2 研究目标第17页
    1.3 本文各章主要内容第17-20页
第2章 梁柱端板连接半刚性组合节点的研究进展第20-39页
    2.1 引言第20-21页
    2.2 试验研究第21-28页
        2.2.1 中节点第21-26页
            2.2.1.1 单调加载第21-24页
            2.2.1.2 循环加载第24-25页
            2.2.1.3 拟静态加载第25-26页
        2.2.2 边节点第26-28页
            2.2.2.1 单调加载第26-27页
            2.2.2.2 循环加载第27-28页
            2.2.2.3 拟静态加载第28页
    2.3 理论研究第28-37页
        2.3.1 宏观模型第29-32页
        2.3.2 微观模型第32-37页
            2.3.2.1 组件模型第32-36页
            2.3.2.2 有限元模型第36-37页
    2.4 小结第37-39页
第3章 锚固对端板连接半刚性组合边节点影响试验第39-63页
    3.1 引言第39页
    3.2 试验目的第39-40页
    3.3 试验内容第40页
    3.4 试验方案第40-47页
        3.4.1 试件设计第40-45页
        3.4.2 加载与测量装置第45-47页
    3.5 材性试验第47-50页
        3.5.1 混凝土的材性第47-48页
        3.5.2 钢材的材性第48-49页
        3.5.3 钢筋的材性第49页
        3.5.4 高强螺栓的材性第49页
        3.5.5 抗剪栓钉的材性第49-50页
    3.6 加载方案第50页
    3.7 连接转角的测量与计算第50-51页
    3.8 试验现象第51-55页
    3.9 试验结果分析第55-62页
        3.9.1 弯矩-连接转角滞回曲线的比较第55-56页
        3.9.2 骨架曲线的比较第56-57页
        3.9.3 弯矩-柱节点域转角滞回曲线的比较第57-58页
        3.9.4 混凝土翼板与钢梁之间滑移曲线的比较第58页
        3.9.5 混凝土翼板内钢筋应变曲线的比较第58-59页
        3.9.6 节点域各构件应变曲线的比较第59-61页
        3.9.7 耗能的比较第61-62页
    3.10 小结第62-63页
第4章 垫板对端板连接半刚性组合边节点影响试验第63-88页
    4.1 引言第63页
    4.2 试验目的第63-64页
    4.3 试验内容第64页
    4.4 试验方案第64-70页
        4.4.1 试件设计第64-69页
        4.4.2 加载与测量装置第69-70页
    4.5 材性试验第70页
    4.6 加载方案第70-71页
    4.7 连接转角的测量与计算第71页
    4.8 试验现象第71-75页
    4.9 试验结果与分析第75-87页
        4.9.1 弯矩-连接转角滞回曲线的比较第75-78页
        4.9.2 骨架曲线的比较第78页
        4.9.3 弯矩-柱节点域转角滞回曲线的比较第78-79页
        4.9.4 混凝土翼板与钢梁之间滑移曲线的比较第79-80页
        4.9.5 混凝土翼板内钢筋应变曲线的比较第80-82页
        4.9.6 节点域各构件应变曲线的比较第82-86页
        4.9.7 耗能的比较第86-87页
    4.10 小结第87-88页
第5章 锚固对端板连接半刚性组合边节点影响的理论分析第88-133页
    5.1 引言第88页
    5.2 锚固对端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响第88-109页
        5.2.1 计算假定第88-89页
        5.2.2 节点转动刚度的确定第89-90页
        5.2.3 各组件初始转动刚度分析第90-96页
        5.2.4 正弯矩作用下锚固对端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响第96-102页
        5.2.5 负弯矩作用下锚固对端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响第102-108页
        5.2.6 锚固对端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响的比较分析第108-109页
    5.3 锚固对端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响第109-122页
        5.3.1 计算假定第109页
        5.3.2 塑性中和轴位置的确定第109-110页
        5.3.3 各组件抗弯承载力的分析第110-114页
        5.3.4 正弯矩作用下锚固对端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响第114-119页
        5.3.5 负弯矩作用下锚固对端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响第119-121页
        5.3.6 锚固对端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响的比较分析第121-122页
    5.4 锚固对端板连接半刚性组合边节点转动能力的影响第122-131页
        5.4.1 计算假定第122页
        5.4.2 各组件的变形分析第122-124页
        5.4.3 正弯矩作用下锚固对端板连接半刚性组合边节点转动能力的影响第124-127页
        5.4.4 负弯矩作用下锚固对端板连接半刚性组合边节点转动能力的影响第127-130页
        5.4.5 锚固对端板连接半刚性组合边节点转动能力的影响的比较分析第130-131页
    5.5 锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点影响的宏观模型分析第131页
    5.6 小结第131-133页
第6章 垫板对端板连接半刚性组合边节点影响的理论分析第133-162页
    6.1 引言第133页
    6.2 垫板对端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响第133-147页
        6.2.1 计算假定第133页
        6.2.2 节点转动刚度的确定第133页
        6.2.3 各组件初始转动刚度分析第133-135页
        6.2.4 正弯矩作用下垫板对端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响第135-143页
        6.2.5 负弯矩作用下垫板对端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响第143-146页
        6.2.6 垫板对端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响的比较分析第146-147页
    6.3 垫板对端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响第147-154页
        6.3.1 计算假定第147页
        6.3.2 各组件抗弯承载力的分析第147-148页
        6.3.3 正弯矩作用下垫板对端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响第148-151页
        6.3.4 负弯矩作用下垫板对端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响第151-153页
        6.3.5 垫板对端板连接半刚性组合边节点抗弯承载力的影响的比较分析第153-154页
    6.4 垫板对端板连接半刚性组合边节点转动能力的影响第154-159页
        6.4.1 计算假定第154页
        6.4.2 各组件的变形分析第154-155页
        6.4.3 正弯矩作用下垫板对端板连接半刚性组合边节点转动能力的影响第155-157页
        6.4.4 负弯矩作用下垫板对端板连接半刚性组合边节点转动能力的影响第157-158页
        6.4.5 垫板对端板连接半刚性组合边节点转动能力的影响的比较分析第158-159页
    6.5 垫板对梁柱端板连接半刚性组合边节点影响的宏观模型分析第159-160页
    6.6 小结第160-162页
第7章 梁柱端板连接半刚性组合边节点的设计建议第162-170页
    7.1 引言第162页
    7.2 梁柱端板连接半刚性组合边节点设计方法的建议第162-164页
        7.2.1 抗弯承载力第162页
        7.2.2 抗剪承载力第162-163页
        7.2.3 抗剪连接件的设计第163-164页
    7.3 梁柱端板连接半刚性组合边节点设计构造的要求第164-166页
    7.4 算例第166-169页
        7.4.1 设计参数第166页
        7.4.2 设计过程第166-169页
    7.5 小结第169-170页
第8章 结论与展望第170-173页
    8.1 主要结论第170-172页
    8.2 展望第172-173页
参考文献第173-184页
符号说明第184-190页
攻读博士学位期间公开发表的论文第190-192页
攻读博士学位期间所作的项目第192-193页
致谢第193页
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