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型钢高强混凝土框架节点的受力性能及ANSYS有限元分析
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3秒自动关闭窗口型钢高强混凝土框架节点的受力性能及ANSYS有限元分析--《西安建筑科技大学》2006年硕士论文
型钢高强混凝土框架节点的受力性能及ANSYS有限元分析
【摘要】：在目前的超高层建筑中,高强混凝土得到了广泛应用。为了更好地减小构件截面尺寸,宜采用型钢高强混凝土结构。节点是连接梁和柱的关键部位,梁和柱的内力通过节点传递。型钢高强混凝土梁柱节点受力复杂,影响因素多,而要研究各参数对节点性能的影响,需要进行大量试验,劳动量和资金投入都很大。如果采用有限元计算机仿真辅助分析的力法,可以很好地解决这些问题。
本文的研究主要开展了以下内容:
1.采用ANSYS有限元分析的方法,用APDL参数化编程建立命令流程序从而建立型钢高强混凝土框架节点的有限元模型。通过模拟已有的试验,分析了节点的极限承载力和变形特征,型钢的应力应变以及混凝土的裂缝开展状况等,得出型钢高强混凝土框架节点的受力性能,分析其破坏机理。对试验结果和ANSYS有限元计算结果进行分析比较,验证了有限元模型的有效性。
2.对C70～C80强度等级的型钢高强混凝土节点,分别采用普通混凝土本构关系数学模型和高强混凝土本构关系数学模型,作了两组有限元对比模拟分析。通过ANSYS计算出的两组梁端极限荷载P_u和P_u′,分别计算出了采用普通混凝土本构关系数学模型和高强混凝土本构关系数学模型的两组型钢混凝土节点抗剪承载力V′_(jh)和V_(jh);经比较分析,初步得出高强混凝土脆性增大对抗剪能力降低的影响系数ψ的大小,在《型钢混凝土组合结构技术规程》给出公式的基础上加以修正,提出了适于型钢高强混凝土梁柱中节点的抗剪承载力计算公式。
【关键词】：
【学位授予单位】：西安建筑科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2006【分类号】：TU398.9【目录】：
第一章 绪论7-14
1.1 概述7-8
1.2 型钢混凝土结构的应用8-9
1.2.1 型钢混凝土结构在国外的应用8
1.2.2 型钢混凝土结构在我国的应用8-9
1.3 型钢混凝土框架节点的研究现状9-12
1.3.1 试验研究9-10
1.3.2 有限元分析10-12
1.4 课题内容12-14
1.4.1 目的12-13
1.4.2 意义13
1.4.3 本文工作13-14
第二章 型钢高强混凝土节点的受力性能14-29
2.1 材料的性能14-16
2.1.1 高强混凝土的力学性能14-15
2.1.2 型钢的力学性能15-16
2.2 型钢混凝土梁柱节点16-19
2.2.1 型钢混凝土节点的构造形式16-18
2.2.2 型钢混凝土节点的试验研究18-19
2.3 节点受力机理及破坏过程19-24
2.3.1 型钢混凝土节点受力机理的理论分析19-21
2.3.2 承载力21
2.3.3 变形性能与延性21-22
2.3.4 耗能能力22-24
2.3.5 刚度及刚度退化24
2.3.6 轴压比影响24
2.4 型钢高强混凝土梁柱节点抗剪能力的理论分析24-27
2.5 型钢混凝土节点设计剪力的计算27-28
2.6 小结28-29
第三章 有限元理论基础及在ANSYS中的应用29-48
3.1 有限元法基本理论29-34
3.1.1 有限元法综述29-31
3.1.2 塑性理论31-33
3.1.3 数值计算方法33-34
3.2 型钢高强混凝土的ANSYS有限元建模基础34-47
3.2.1 单元类型的选取34-36
3.2.2 本构关系36-47
3.3 小结47-48
第四章 型钢高强混凝土节点的ANSYS数值模拟48-66
4.1 型钢高强混凝土框架节点48-52
4.1.1 试验研究48-52
4.2 节点的有限元建模52-57
4.2.1 单元的划分52-56
4.2.2 荷载和边界条件56-57
4.3 有限元计算结果57-62
4.3.1 承载力和位移57-59
4.3.2 应力和应变59-62
4.4 有限元拓展参数分析62-65
4.4.1 “弱节点”参数分析63-65
4.5 小结65-66
第五章 结论与建议66-68
5.1 主要结论66-67
5.2 存在问题与建议67-68
参考文献68-71
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西南交通大学硕士研究生学位论文
认为具有良好抗震性能的钢框架的梁柱连接处发现了大量的脆性断裂现象，
并未表现出人们所期待的延性。震后人们对钢框架梁柱连接性能及其对钢框
架结构抗震性能的影响进行了大量研究。
削弱式节点是震后人们研究较多的一类新型节点，常见的有腹板开孔式
和翼缘削弱式 又称狗骨式 两类，其目的是通过对梁的一定的合理削弱使得
在不显著降低节点的承载能力情况下，使得塑性铰外移，从而保护相对脆弱
的节点区域，达到延性设计的目的。本文利用大型有限元程序对两类削弱式
节点的多组不同削弱方式的模型进行计算分析，得出了各个削弱参数对节点
的承载力的影响及各个模型的滞回曲线，通过对有限元结果的分析研究，给
出了这两类节点在不显著降低节点的承载能力和抗震能力的前提下的削弱参
数的建议值。
通过本文的分析研究后认为，通过对梁的合理削弱，就可以在不显著降
低节点的承载能力和抗震耗能能力的情况下使得塑性铰外移，达到延性设计
关键词：节点；削弱式；塑性铰；延性
西南交通大学硕士研究生学位论文
and1995Kobe
During Northridge
earthquake，thetypical
framesufferedbrittlefailures．
beam―columnconnections
momem―resisting
and1995Kobe
studiesonthe
earthquake
earthquakemany
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ANSYS实例分析75道(含结果).doc359页
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【ANSYS算例】 1
基于图形界面的桁架桥梁结构分析 step by step
下面以一个简单桁架桥梁为例，以展示有限元分析的全过程。背景素材选自位于密执安的"Old North Park Bridge"
1904 - 1988 ，见图3-22。该桁架桥由型钢组成，顶梁及侧梁，桥身弦杆，底梁分别采用3种不同型号的型钢，结构参数见表3-6。桥长L 32m,桥高H 5.5m。桥身由8段桁架组成，每段长4m。该桥梁可以通行卡车，若这里仅考虑卡车位于桥梁中间位置，假设卡车的质量为4000kg，若取一半的模型，可以将卡车对桥梁的作用力简化为P1 ，P2和P3 ，其中P1
P3 5000 N, P2 10000N，见图3-23。
图3-22位于密执安的"Old North Park Bridge"
1904 - 1988
图3-23 桥梁的简化平面模型 取桥梁的一半
表3-6 桥梁结构中各种构件的几何性能参数
构件 惯性矩m4 横截面积m2
顶梁及侧梁 Beam1
桥身弦梁 Beam2
底梁 Beam3
解答 以下为基于ANSYS图形界面 Graphic User Interface , GUI 的菜单操作流程。
进入ANSYS（设定工作目录和工作文件）
程序 → ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory（设置工作目录）→ Initial jobname（设置工作文件名）:TrussBridge → Run → OK
设置计算类型
ANSYS Main Menu：Preferences… → Structural → OK
定义单元类型
ANSYS Main Menu：Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete... → Add…→ Beam: 2d elastic 3 → OK（返回到Element Types窗口）→ Close
定义实常数以确定梁单元的截面参数
ANSYS Main Menu: Preprocessor → Real Constants…→ Add/Edit/Delete → Add…→ select Type 1 Beam 3 → OK → input Real Constants Set No. : 1 , AREA: 2.19E-3，Izz: 3.83e-6 1号实常数用于顶梁和侧梁
→ Apply → input Real Constants Set No. : 2 , AREA: 1.185E-3，Izz: 1.87E-6
2号实常数用于弦杆
→ Apply → input Real Constants Set No. : 3, AREA: 3.031E-3，
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