大承載力端板連接性能研究和對(duì)組件法的一些探討

1、報(bào)報(bào)告告提提綱綱1. 開(kāi)展科學(xué)研究總體方法討論開(kāi)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(yàn)設(shè)計(jì)課題研究基本思路和試驗(yàn)設(shè)計(jì)4 4. .后記后記一、開(kāi)展科學(xué)研究總體方法討論一、開(kāi)展科學(xué)研究總體方法討論 “Why- How- What”方法探討著名的營(yíng)銷(xiāo)顧問(wèn)西蒙斯.涅克提出了一個(gè)“黃金圈”理論：三個(gè)同心圓，最里面的一個(gè)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(shí)，很多時(shí)候采用的是這個(gè)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(xiàng)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(yàn)方法，從而得到理想的結(jié)果。 （2）在后續(xù)展開(kāi)的科研活動(dòng)中，持續(xù)不斷的反思研究目的，因?yàn)橐豁?xiàng)大型而長(zhǎng)期的科研課題要得到有力推進(jìn)，就需要在漫長(zhǎng)而龐雜的持續(xù)過(guò)程中對(duì)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(gè)科學(xué)可行且有價(jià)值的研究目標(biāo)，在學(xué)習(xí)期間的各項(xiàng)科研活動(dòng)和行為都應(yīng)圍繞該目標(biāo)展開(kāi)。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(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行規(guī)范缺失大承載力連接計(jì)算設(shè)計(jì)方面內(nèi)容，無(wú)實(shí)用抗震設(shè)計(jì)方法方面的問(wèn)題。 （1

3、）提出工程實(shí)用的大承載力端板連接分析計(jì)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(jì)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(lèi)，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(gè)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(shí)，端板連接節(jié)點(diǎn)所需傳遞的彎矩會(huì)很大，受拉翼緣附近兩排四個(gè)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(shí)，我們一般會(huì)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(shí)，由于螺栓距離受壓中心線

4、距離較小，增加的螺栓對(duì)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(guò)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(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程中并沒(méi)有給出圖（f）、（g）兩類(lèi)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(jì)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(chǎng)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(mén)的節(jié)點(diǎn)研究。 國(guó)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(guó)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(jì)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(yàn)設(shè)計(jì)三、課題研究基本思路和試驗(yàn)設(shè)計(jì) 課題研究基本思路 1、已開(kāi)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(duì)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(shí)，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(kāi)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(guò)現(xiàn)有研究表明，對(duì)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(hào)螺栓要比2號(hào)小很多，并且還存在先后受力的現(xiàn)象，即2號(hào)螺栓首先參與承受荷載，待其進(jìn)入屈服后，1號(hào)螺栓才參與受力。 2、計(jì)劃開(kāi)展的研究 2.1簡(jiǎn)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(yàn)研究和有限元研究，采用相對(duì)成熟的普通端板連接的簡(jiǎn)化分析方法來(lái)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(yàn)證某個(gè)簡(jiǎn)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(jì)劃采用組件法建立大承載力端板連接的初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度計(jì)算模型，基于板殼理論計(jì)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(jì)算公式。2.3大承載力端板連接抗震性能研究 在試驗(yàn)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(yàn)，考察在加入端板加勁肋后對(duì)端板耗能能力的提升，以及屈服時(shí)轉(zhuǎn)角的情況對(duì)比。計(jì)劃針對(duì)門(mén)式剛架多由薄壁輕型鋼構(gòu)件組成的特點(diǎn)，進(jìn)行8個(gè)試件的循環(huán)荷載試驗(yàn)，其梁受拉翼緣附近布置兩排螺栓，外伸端板處一排四個(gè)螺栓，翼緣內(nèi)部一排兩個(gè)螺栓，通過(guò)試驗(yàn)確定其破壞構(gòu)件的類(lèi)型（梁還是柱子）。2.4靜力試驗(yàn) 試

8、驗(yàn)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(guò)觀察端板連接節(jié)點(diǎn)（或者節(jié)點(diǎn)局部）的試驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)其受力特征，獲得對(duì)端板連接節(jié)點(diǎn)受力性能的認(rèn)知；另一方面，在設(shè)計(jì)出一個(gè)理論模型后，不管是簡(jiǎn)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(guò)一定數(shù)量的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證。通常來(lái)說(shuō)，驗(yàn)證某個(gè)理論模型所使用的驗(yàn)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(guó)對(duì)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(dòng)剛度初始轉(zhuǎn)動(dòng)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(wú)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(guó)的容許應(yīng)力設(shè)計(jì)規(guī)范(ASD AISC,1989)中列出的類(lèi)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(guó)的荷載抗力系數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范(LRFD AISC,1999)在其條文中指定了兩種類(lèi)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(jì)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(shí)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(dòng)中心位于鋼梁下翼緣的底部。組件法在應(yīng)用過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題探討：1、在大震作用下，結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性階段后，