钢结构半刚接门式刚架三维有限元分析-结构工程专业论文.docxVIP

青岛建筑工程学院硕士掌位论文摘要 青岛建筑工程学院硕士掌位论文 摘要 本文在总结国内外对半刚性连接性能研究的基础上，采用目前国际上 比较流行的大型通用有限元软件ANSYS，对不同跨度不同连接形式的轻 钢结构半刚接门式刚架进行三维非线性有限元分析，并与在相同荷载作用 和相同梁柱截面情况下的刚接门式刚架进行比较分析。有限元模型共采用 了板单元SHELIA3、杆单元LINK8、块体元SOLID45、接触单元 CONTACT52四种单元类型，综合考虑了材料非线性、几何非线性以及状 态非线性的影响。有限元分析结果表明：外伸端板螺栓连接属于半刚性连 接形式，表现出明显的半刚性特征。梁柱半刚性连接对门式刚架的内力和 变形有较大影响，使梁跨中弯矩增大，梁端弯矩减小，跨中挠度也相应增 大。按传统的梁柱刚性连接设计与实际情况不符。半刚接刚架节点刚度与 端板厚度、加劲肋设置及梁柱特性等因素有关。当增加端板厚度或设置节 点加劲肋时，刚架跨中弯矩减小，而梁端弯矩增加，跨中竖向位移也相应 减小，表明节点刚度提高，节点半刚性对刚架内力和位移的影响减弱。本 文推导了部分约束梁单元秆端弯矩及挠度的计算公式，并与铰接梁单元和 固端梁单元进行比较分析。分析表明，部分约束情况梁的弯矩和挠度值介 于固端梁与铰接梁两种情况之间。并分别对四种不同荷载和支座约束类型 的半刚接剐架进行了内力分析，分析表明，半刚接刚架梁的跨中和梁端弯 矩可以采用传统内力计算值乘以大于1．0和小于1．0的弯矩系数的方法表 示。并通过工程实例对上述计算方法进行了验证，比较传统刚接刚架与半 刚接刚架的设计差异。 关键词：钢结构；半刚接；门式刚架；三维有限元：外伸端扳连接 青岛．建筑工程学院硕士学位论文Abstract 青岛．建筑工程学院硕士学位论文 Abstract Based on current knowledge of connection behavior and the evaluation of previous models provided in a former companion paper， a methodology based 0n finite element modeling is developed to analyze semi—rigid portal frame and rigid portal frame in steel structure．ANSYS，Version 6，0，取large—scale general—purpose finite element code is selected for equivalent three dimensional(3D) analysis．The end—plate，beam and column flanges，webs，and column stiffeners are represented as shell elements．Each bolt shank is modeled using six spar elements．Three—dimensional contact elements are used to model the boundary between column flange and back of the end—plate that may make or break contact．A second—order nonlinear analysis is used， which includes the effects of the flexibility of the beam—to—column connections， material nonlinearity，and the geometric nonlinearity of the members．The results show that steel bolted end—plate connections are semi—rigid， and that connection flexibility affects the behavior of the frame． It can decrease the negative end moment of beams and increase the positive moment and the vertical displacement at the mid—span of beams．Thus，it is unreasonable to design und