H型钢梁柱弱轴外伸端板连接节点的力学性能研究

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1、分类号TU352.1学位代码308学校代码10298密级GK学号3140200硕士学位论文论文题目：H型钢梁柱弱轴外伸端板连接节点的力学性能研究作者：李峰宇学位类别：工学硕士专业：结构工程研究方向：钢结构计算理论与应用指导教师：郑晓燕教授二〇一七年五月致谢本文的研究和撰写工作是在导师郑晓燕教授的悉心指导下完成的，从资料收集、论文选题、文献查阅、理论分析、试验研究、有限元分析到论文成文，无不凝聚着导师的心血和汗水。郑老师严谨的治学态度、渊博的知识、敏锐的洞察力和实事求是、一步一个脚印的精神，对我产生了深刻的影响。三年来，无论在科研能力

2、的培养还是工程实践的锻炼，郑老师都给予精心的指导，使我终生受益。此外，郑老师在生活上的关心亦使我倍感温暖。值此论文完成之际，谨向郑老师表示深深的敬意和由衷的感谢。感谢在我取得一点点成绩时与我分享快乐，在我困难时鼓励我继续前进的兄弟姐妹们。也许今后将天各一方，但和你们之间的情谊将深深埋藏在我心里。感谢在南京林业大学学习期间帮助过我的所有老师、同学以及师兄弟，你们给了我温暖的友谊和帮助，给了我理解和支持，给了我宽容的环境让我成长；你们的关心和帮助使我受到极大鼓舞，在此谨向你们表示我深深的谢意，并祝愿你们前途似锦！感谢我的家人，是你们给予

3、了我无私的爱和极大的支持，不断地给我勇气，激励我在人生的道路上奋勇前行！最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授！李峰宇2017年5月于南京摘要钢框架梁柱连接作为结构的关键，其力学性能直接影响结构整体的安全性、可靠性以及受力性能。在工程结构设计中，梁柱连接被简化为完全刚接或者理想铰接，然而在工程应用中所有的连接都处于这两种状态之间，即半刚性连接。国内外开展了大量半刚性连接特别是端板连接节点的试验和有限元数值模拟研究工作，然而其中关于弱轴外伸端板连接受力性能与相关影响因素的研究目前还比较少。本文在已有国内外研究的基

4、础上，采用试验研究和有限元数值模拟分析相结合，对弱轴外伸端板连接节点的刚度、屈服荷载、极限荷载、延性、节点域应力应变分布等力学性能和影响因素进行了系统的研究。本文首先进行了4个梁柱弱轴外伸端板连接节点的单向加载静力试验，对节点的受力性能、破坏形态以及初始的转动刚度展开研究，得到了节点的弯矩-转角（M-θ）关系曲线。结果显示弱轴外伸端板连接是一种典型的半刚性连接，具备较好的塑性和延性，初始转动刚度数值大小仅为相同构造尺寸情况下强轴连接刚度的(30~40)%。其次，利用有限元软件ABAQUS对试验中的4个弱轴外伸端板连接节点进行有限元分

5、析，研究节点在单调加载下的受力性能。把有限元数值分析的结果和试验数据进行对比，结果显示ABAQUS数值模拟得到的变形破坏模式与试验基本一致，应力应变分布基本符合试验结果，弯矩-转角曲线与试验误差较小，有限元计算结果和试验结果吻合程度较好。最后，对弱轴外伸端板连接力学性能开展了参数分析，探究柱应力比、端板厚度、梁柱截面几何参数、螺栓大小等因素对连接相关力学性能的影响规律。运用正交试验方案设计探究梁截面高度、端板厚度、螺栓直径对连接受力性能的影响，利用ABAQUS/standard模块分别模拟分析了三因素三水平9个不同构件尺寸的试件，得

6、到了相关力学性能指标，包括初始转动刚度和极限荷载。运用极差法分析了三因素对节点受力影响的重要性，再利用方差法更深入的分析因素对试验指标的影响程度。本文通过正交试验设计中的极差分析法与方差分析法发现，梁截面高度、端板厚度、螺栓直径是对弱轴外伸端板连接节点力学性能影响的关键因素。另外，对正交试验得到的结果进行了回归分析，总结了弱轴外伸端板连接极限弯矩和初始转动刚度的计算公式。关键词：弱轴外伸端板连接；半刚性；钢结构；承载力；正交试验AbstractAsanimportantload-bearingstructuralsystem,Ste

7、elframestructurewidelyusedinresidential,office,entertainmentandotherpublicbuildings.Themechanicalbehaviorforbeam-columnconnectionsinsteelframeinfluencestheperformanceofthestructure,itssafetyisthekeytothestructuralsafety.Beam-columnconnectionsinsteelframestructurearetre

8、atedaseitherpinnedorrigidconnectionsinstructuraldesign.Howeverinpracticalengineering,connectionsareallbetweenthetwost