论文部分内容阅读
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。