大承載力端板連接性能研究和對組件法的一些探討

1、報報告告提提綱綱1. 開展科學(xué)研究總體方法討論開展科學(xué)研究總體方法討論2. 課題研究目的及現(xiàn)狀課題研究目的及現(xiàn)狀3 3. .課題研究基本思路和試驗設(shè)計課題研究基本思路和試驗設(shè)計4 4. .后記后記一、開展科學(xué)研究總體方法討論一、開展科學(xué)研究總體方法討論 “Why- How- What”方法探討著名的營銷顧問西蒙斯.涅克提出了一個“黃金圈”理論：三個同心圓，最里面的一個是Why,中間一層是How,最外面一層是What。 （1）在從事科學(xué)研究時，很多時候采用的是這個圓圈形式的“由外而內(nèi)”模式，而真正成功的模式應(yīng)該是“由內(nèi)而外”模式，首要弄清楚你為什么要做此項研究，研究的目的和意義何在，才能規(guī)劃出科

2、學(xué)的研究思路和實(shí)驗方法，從而得到理想的結(jié)果。 （2）在后續(xù)展開的科研活動中，持續(xù)不斷的反思研究目的，因為一項大型而長期的科研課題要得到有力推進(jìn)，就需要在漫長而龐雜的持續(xù)過程中對最初的“WHY”(也就是目的和理念)進(jìn)行不斷的提醒和修正，以期達(dá)到最初的目標(biāo)，或是取得附加的延展成果。 （3）在進(jìn)行博士、碩士學(xué)習(xí)之初就需要建立一個科學(xué)可行且有價值的研究目標(biāo)，在學(xué)習(xí)期間的各項科研活動和行為都應(yīng)圍繞該目標(biāo)展開。二、課題研究目的及現(xiàn)狀二、課題研究目的及現(xiàn)狀1、大承載力端板連接性能研究目的：、大承載力端板連接性能研究目的： 針對國內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范缺失大承載力連接計算設(shè)計方面內(nèi)容，無實(shí)用抗震設(shè)計方法方面的問題。 （1

3、）提出工程實(shí)用的大承載力端板連接分析計算方法。 （2）提出工程實(shí)用的大承載力端板連接抗震設(shè)計方法。 2、研究現(xiàn)狀、研究現(xiàn)狀 （1）背景資料（端板連接形式） 端板連接有很多不同的種類，按照端板的構(gòu)造特點(diǎn)，一般分為平齊式端板連接和外伸式端板連接。如圖所示，其中（c）、（d）分別為一段外伸一段平齊端板連接和平齊式端板連接，其余五個均為外伸式端板連接。 當(dāng)梁所承受的荷載較大或是跨度較大時，端板連接節(jié)點(diǎn)所需傳遞的彎矩會很大，受拉翼緣附近兩排四個螺栓（如圖a、b、c）的端板構(gòu)造極有可能不滿足承載力要求。此時，我們一般會在翼緣內(nèi)部增設(shè)螺栓，如圖（e）所示。然而，在梁翼緣內(nèi)部增設(shè)螺栓時，由于螺栓距離受壓中心線

4、距離較小，增加的螺栓對端板承載力貢獻(xiàn)并不明顯。為方便敘述，我們把螺栓兩列布置且端板外伸部分布置不超過一排螺栓的端板連接構(gòu)造成為普通構(gòu)造端板連接，而把螺栓兩列以上（一般為偶數(shù)列）布置或者端板外伸部分布置兩排或兩排以上的螺栓端板構(gòu)造稱為大承載力端板連接。因此基于上述定義，如圖示前五種端板連接為普通端板連接，后兩種為大承載力端板連接。 （2）研究現(xiàn)狀 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中并沒有給出圖（f）、（g）兩類端板連接構(gòu)造，因此，由于大承載力連接的研究資料不足、設(shè)計方法缺位，實(shí)際工程中大型梁柱連接往往不得不使用現(xiàn)場焊接連接。眾所周知，工地焊接重要節(jié)點(diǎn)，焊接質(zhì)量不易保證，也嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。若要在工

5、程中使用大承載力端板連接，一般需要進(jìn)行專門的節(jié)點(diǎn)研究。 國內(nèi)外有少量關(guān)于大承載力端板連接節(jié)點(diǎn)受力性能的研究，美國AISC-LRFD規(guī)范和AISC Design Guide 4（基于采用A36的端板和A325的高強(qiáng)螺栓建立的有限元模型）給出了部分大承載力連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)計方法、詳細(xì)構(gòu)造及其他限制條件。 三、課題研究基本思路和試驗設(shè)計三、課題研究基本思路和試驗設(shè)計 課題研究基本思路 1、已開展的研究 Kukreti采用的A36端板和A325高強(qiáng)螺栓有限元模型結(jié)合數(shù)學(xué)回歸分析方法對前圖（g）進(jìn)行了建模分析，得到所需最小端板厚度參數(shù)表達(dá)式。Mohanmmed 和Sherbourne 基于ANSYS4.4進(jìn)

6、行建模研究，得到螺栓參與工作的先后順序（當(dāng)外荷載低于節(jié)點(diǎn)極限承載力的60%時，受拉翼緣的拉力主要由靠近梁腹板的螺栓承擔(dān)，在此之后，靠近端部的螺栓才開始參與受力，在極限狀態(tài)下，各螺栓受力趨向均勻） 1.1、已經(jīng)獲得的成果 通過現(xiàn)有研究表明，對于圖（g）所示大承載力連接，遠(yuǎn)離腹板傳遞的拉力要比靠近腹板的螺栓小 ，即1號螺栓要比2號小很多，并且還存在先后受力的現(xiàn)象，即2號螺栓首先參與承受荷載，待其進(jìn)入屈服后，1號螺栓才參與受力。 2、計劃開展的研究 2.1簡化分析方法研究 基于已有的大承載力端板連接節(jié)點(diǎn)的試驗研究和有限元研究，采用相對成熟的普通端板連接的簡化分析方法來分析大承載力端板連接節(jié)點(diǎn)。因此，

7、這里主要的工作是驗證某個簡化分析模型以及確定該模型中的關(guān)鍵參數(shù)取值。2.2計劃采用組件法建立大承載力端板連接的初始轉(zhuǎn)動剛度計算模型，基于板殼理論計算端板和柱子翼緣的彎曲變形，給出了不同端板擺放情況下的剛度計算公式。2.3大承載力端板連接抗震性能研究 在試驗研究方面，進(jìn)行（f）圖示構(gòu)造的大承載力端板連接的循環(huán)加載試驗，考察在加入端板加勁肋后對端板耗能能力的提升，以及屈服時轉(zhuǎn)角的情況對比。計劃針對門式剛架多由薄壁輕型鋼構(gòu)件組成的特點(diǎn)，進(jìn)行8個試件的循環(huán)荷載試驗，其梁受拉翼緣附近布置兩排螺栓，外伸端板處一排四個螺栓，翼緣內(nèi)部一排兩個螺栓，通過試驗確定其破壞構(gòu)件的類型（梁還是柱子）。2.4靜力試驗 試

8、驗研究是獲得大承載力端板連接節(jié)點(diǎn)受力性能最直接、最可靠的方法。因此，一方面可以通過觀察端板連接節(jié)點(diǎn)（或者節(jié)點(diǎn)局部）的試驗現(xiàn)象，總結(jié)其受力特征，獲得對端板連接節(jié)點(diǎn)受力性能的認(rèn)知；另一方面，在設(shè)計出一個理論模型后，不管是簡化力學(xué)模型還是復(fù)雜的有限元數(shù)值模型，這些模型都要通過一定數(shù)量的試驗結(jié)果驗證。通常來說，驗證某個理論模型所使用的驗證數(shù)據(jù)越多，該模型的可靠度、通用程度就越高。五、后五、后 記記1、各國對半剛性連接的規(guī)定1.1 歐洲規(guī)范(Eurocode3)把框架梁柱節(jié)點(diǎn)按照初始轉(zhuǎn)動剛度初始轉(zhuǎn)動剛度S Sj ,inij ,ini分為鉸接、剛接和半剛性節(jié)點(diǎn)。剛性節(jié)點(diǎn)Sj ,ini 25 EIb/ Lb

9、 無支撐結(jié)構(gòu) Sj ,ini 8EIb/ Lb 有支撐結(jié)構(gòu)；鉸接節(jié)點(diǎn)Sj ,ini 0.15 EIb/ Lb；二者之間屬于半剛性節(jié)點(diǎn)。（EIb/ Lb為梁的線剛度系數(shù)）1.2 美國的容許應(yīng)力設(shè)計規(guī)范(ASD AISC,1989)中列出的類型3即“半剛性連接”,它假定連接可以傳遞垂直剪力,也能夠傳遞部分彎矩。 美國的荷載抗力系數(shù)設(shè)計規(guī)范(LRFD AISC,1999)在其條文中指定了兩種類型的連接,其中,部分約束型(PR)包括了半剛性連接,要求在分析和設(shè)計中必須考慮柔性連接的影響。組件法的一些假定：鋼梁和組合樓板在受彎時均符合平截面假定；不考慮混凝土樓板的抗拉作用；3) 在負(fù)彎矩作用下，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動中心位于鋼梁下翼緣的底部。組件法在應(yīng)用過程中可能出現(xiàn)的問題探討：1、在大震作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段后，