钢结构半刚性连接的力学建模与非线性分析研究

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1、隶。轫大·粤硕士学位论文万方数据钢结构半刚性连接的力学建模与非线性分析研究中国南京东南大学二零一四年五月万方数据MechanicalmodelingandnonlinearAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYZHOUJian．ruSu

2、：rvisedbySupervisedbyProf．FEIQing—guoDepartmentofEngineeringMechanicsSoutheastUniversityApril2014矾以I帆№I●删弘㈣皑h删厅t腻0．1

3、■Ⅲ帅㈣吣哪■rw删幻～嘲UanU0r丘仃m吼∞e幔an’．LA沙站∞f【刚dhg．d．n飞ra．慢dnS缰默沧nSyana万方数据东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：f虱自左日期：箜f￡篁：至拿东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本

4、人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布(包括以电子信息形式刊登)论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布(包括以电子信息形式刊登)授权东南大学研究生院办理。研究生签名：国白垒导师签万方数据摘要在一般钢结构设计理论中，钢结构的梁柱节点总是被假定为铰接或者完全刚接。而在实际的钢结构中，铰接和完全刚接都是不存在的。换言之，所有的钢节点都是半刚性的。虽然将钢节点假设为铰接或者完全刚接可以简化钢结构的分析与设计，但基于这种假定的设计可能造成钢材浪费甚

5、至使结构不安全。目前，国内外缺乏完善的半刚性钢结构的具体设计方法，关于半刚性的研究主要基于弯矩．转角关系已经获得的情况下，较少关于如何获得弯矩．转角关系的研究。因此，本文主要研究半刚性连接节点的力学分析以及半刚性钢结构的整体力学分析，完成了以下工作：1、提出采用非协调实体单元对半刚性节点进行精确建模分析。分析了协调实体单元剪切自锁以及沙漏模式的形成原因，系统研究了考虑几何非线性的三维非协调实体单元，通过虚参数法保证了非协调元的收敛性，推导了非协调元在T-L．格式下的全量以及增量格式，在此单元基础上，提出了可以考虑双重非线性的可行的程序编制方案。2、在获取半刚性节点弯矩．转角关系的基础上

6、，通过缩聚的方法推导了平面半刚性梁柱单元。提出先用实体单元分析半刚性节点再用半刚性梁柱单元分析钢结构整体框架的非线性分析流程。3、采用MATLAB以及FORTRAN两种计算机语言编写非协调实体单元计算程序，包括全量格式、增量格式以及考虑双重非线性的计算程序。这些程序可用于获得半刚性节点的弯矩．转角曲线。采用MATLAB语言编写了平面半刚性梁柱单元用于钢框架整体分析。本论文就相同算例比对TANSYS与本文程序的计算结果，验证了本文程序的正确性。最后通过一个工程实例，验证了本文提出的半刚性钢结构非线性分析的可行性。本文的研究完善了半刚性钢结构的分析流程。关键词：半刚性连接；弯矩转角曲线；非

7、协调单元；几何非线性；材料非线性；单元刚度矩阵万方数据AbstractIntraditionaldesigntheoryofsteelstructure，steeljointsarealwaysassumedtObefullyrigidortheoreticalhingejoints．Actually,fullyrigidandtheoreticalhingejointsdonotexist．Inotherwords，allthejointsaresemi—rigid．Althoughtheassumptionofjointssimplifytheanalysisanddesignof

8、steeistructures，butthedesignwhichisbasedonthisassumptionmaycausesteelwasteandeventhestructurefailure．Sofar,thereisfewpropersemi—rigidsteelstructuredesignmethodovertheworld．Studiesaboutsemi-rigidstructureareusuallybasedongive