半刚性连接钢框架抗震性能的非线性有限元分析

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高层建筑钢结构的结构形式很多,但是钢框架结构是高层建筑钢结构中最基本的一种结构形式。通常在设计框架的时候,都将框架的连接节点考虑成刚度无穷大的刚性节点或刚度为零的铰接节点。虽然对连接性能的这种理想化假设简化了钢框架的分析和设计过程,但采用理想的连接模型在很多情况下是不合理的,也不能反映结构工作的实际情况,计算结果误差很大,有时甚至会得到错误的结论。在实际工程中,钢框架连接性能往往介于两者之间,呈半刚性连接。按照完全刚接分析则夸大了节点约束的作用,偏于不安全;按理想铰接分析则忽略了节点约束的有利作用。因此,在钢框架的分析和设计过程中应充分考虑半刚性连接节点的影响。多次地震表明,采用完全焊接刚性节点的钢框架因节点延性差、残余应力大,容易发生脆性破坏,而半刚性连接钢框架因节点具有较强的变形和耗能能力可以抵抗一定的地震荷载。本文的目的是通过对典型的半刚性连接钢框架结构抗震性能的分析研究,为钢结构抗震设计提供一定的理论参考。本文首先介绍了国内外有关半刚性连接的研究概况、水平和发展趋势,综述了半刚性连接已有的研究成果和各国规范中对于半刚性连接的规定,提出了目前的研究工作还存在的主要问题及实际的研究价值,探讨了双腹板顶底角钢半刚性连接的初始连接刚度和连接的极限弯矩承载力。本文还进行了半刚性连接钢框架结构的拟静力试验。通过试验考察半刚性连接钢框架结构在循环荷载作用下的弹塑性性能。通过对试验数据的分析,了解结构在丧失极限承载力后的破坏形态和塑性铰出现的顺序,并对该种连接的滞回性能、延性和耗能特性等进行了探讨。本文还利用ANSYS程序对半刚性连接节点和钢框架进行非线性有限元模拟计算分析,并与试验结果进行分析比较,并得出一些有益的结论。最后在总结本文工作的基础上,提出了本课题尚待解决的问题。
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