钢框架半刚性连接的三维非线性有限元分析-结构工程专业论文.docxVIP

青岛建筑工程掌院硕士掌位论文 钢框架半刚性连接的三维非线性 有限元分析 摘要 在总结了国内外对钢框架半刚性连接的性能研究的基础上，本文 采用目前国际上比较流行的大型通用有限元软件ANSYS，对八种常用 的半刚性连接形式进行三维非线性有限元分析，有限元模型共采用了 板单元SHELL43、杆单元LINK8、块体元SOLID45、接触单元CONTACT52 四种单元类型。充分考虑了材料非线性、几何非线性以及状态非线性 的影响，得出了各种连接的弯矩一转角性能曲线，有限元分析结果与 试验结果吻含的很好。探讨了杠杆力的存在对节点设计的影响，并给 出了相应的节点设计公式。此外，本文还给出了半刚性连接的理论计 算模型，以及采用半刚性连接的钢框架的刚度矩阵，为半刚性钢框架 提供了设计依据。 关键词： 钢框架半刚性连接ANSYS有限元非线性 三维 弯矩一转角关系 杠杆力 刚度矩阵  ：“————————————————————————————一， 青岛建筑工程掌院硕士学位论文 Abstract A methodology based on finite element modeling iS developed to analyze the moment-rotation relationships for semi—rigid connections．ANSYS，version 5，6，a large—scale general—purpose finite element code iS selected for equivalent three dimensional(3D)analysiS．The end plate，angle，header plate， T～stub，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 connection．The distribution and variation of prying force is shown graphicaIly．The results are compared against experimental data to verify the feasibility of the modeling and associated computer analysiS． Moment—rotation equation and element stiffness matrix of the beam element with semi-rigid connections are obtained．A second—order nonlinear analysis is presented for the design of semi—rigid steel frame，*hich includes the effects of the flexibility of the connection and the geometric nonlinearity of the members． Keywords：steel frame semi-rigid connection ANSYS 3D finite element analysis moment-rotation nonlinearity prying force stiffness matrix  青岛建筑工程掌院硕士掌位论文 第一章 绪论 (b)半剐性连接兰。+旌咤趔磊曼群群疑攒’专蚩。‘ 如㈨接挚竺尊黟卜、未384普El 图1．I梁端约束对端弯矩和搬的影响  -J)r岛建筑工程学院硬士掌位论文 而半刚性连接兼有刚性连接和铰接连接的长处，使节点具有比刚性连 接更大的延性和耗能能力，同时亦能减少工地焊接工作量，此外，与铰接 连接相比，采用半刚性连接的一个比较显著的优势就是可以减少梁中的弯 矩，进而减小梁的截面面积，见图1．1，而且，考虑半刚性连接所提供的 实际柱端约束条件，柱端转角与保守设计方法。1相比可以更大。用于层数 不多的钢框架结构，可取得较好的综合经济指标。 用角钢、端板、T形健、焊缝和螺栓做成的大多数连接在外荷载作用 下都具有