摘 要

本文选取了南京溧水某综合服务中心的四个较为典型的节点进行有限元分析，通过分析结果了解无内隔板方钢管柱-H形钢梁节点的受力性能，并在此基础上提出环板加固方案及环板和腋相结合的加固方案。然后对这两种方法加固的节点进行有限元分析，最后比较出加固效果更好的加固方法。

分析表明，未加固的节点会在柱壁产生应力集中，使其发生局部屈曲，导致节点发生塑性变形。其屈服荷载、极限荷载都比较小，承载能力较差。环板加固和环板结合腋的加固都能够有限改善柱壁的应力集中，显著提高节点的承载能力。如果在腋的末端增加竖板，然后在梁上相应位置增加加劲肋是可以改善腋的腹板屈曲的问题并提高节点的承载能力的，但是由于考虑材料消耗等因素，不宜增加竖板和加劲肋，没能解决腋腹板应力集中导致其局部屈曲的问题，所以腋和环板相结合的加固方式对节点承载力的提升水平较仅用环板进行加固要低。

关键词：方钢管柱框架节点 有限元分析 加固 承载能力

Static Analysis and Reinforcement of Steel Frame Joints of Steel Pipe String

Abstract

In this paper, four typical nodes of Lishui Integrated Service Center in Nanjing are selected for finite element analysis. The results show that the mechanical properties of the N-shaped steel beam girder without inner partition are discussed, and on this basis, Plate reinforcement program and ring plate and axillary combination of reinforcement program. Then the finite element analysis of the nodes strengthened by these two methods is carried out, and finally the reinforcement method is better.

The analysis shows that the unstructured nodes will produce stress concentration in the column wall, so that the local buckling occurs, resulting in plastic deformation of the node. Its yield load, the ultimate load are relatively small, poor carrying capacity. Ring plate reinforcement and ring plate combined with axillary reinforcement can be limited to improve the stress concentration of the column wall, significantly improve the carrying capacity of the node. If we increase the riser at the end of the axle and then increase the stiffener at the corresponding position on the beam, we can improve the buckling of the axillary web and improve the carrying capacity of the node. However, due to the consideration of material consumption and other factors, it is not advisable to increase the riser and stiffening Ribs did not solve the problem of local buckling of the axillary web, and the reinforcement of the bearing capacity of the axle and the ring plate was lower than that of the ring plate alone..

Key words：Square steel pipe column frame node；Finite element analysis；Reinforcement;Carrying capacity

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1课题背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国外研究现状 1

1.2.2国内研究现状 3

1.3本文研究意义 4

1.4本文主要研究内容、方法 4

第二章 钢框架梁柱连接节点的有限元模型建立 5

2.1引言 5

2.2材料本构关系及有限元模型的建立 5

2.2.1材料的本构关系及破坏准则 5

2.2.2 单元类型的选取 6

2.2.3有限元模型的装配 6

2.2.4模型的网格划分 7

2.2.5 边界条件及加载方式 7

2.4 有限元方法检验 7

2.5 本章小结 9

第三章 节点静力分析及加固分析 11

3.1 引言 11

3.2 平面T形节点的静力分析 12

3.2.1 有限元模型的建立 12

3.2.2 破坏模式 13

3.2.3 梁端荷载位移曲线 14

3.2.4 截面应力分布 15

3.2.5 小结 15

3.3 J1节点 15

3.3.1 J1节点的静力分析 16

3.3.2 J1HJ节点静力分析和对比 19

3.4 C8节点 23

3.4.1C8节点静力分析 23

3.4.2 C8HJ静力分析和对比 27

3.4.3 C8YJ1静力分析和对比 30

3.4.4 C8YJ2静力分析和对比 34

3.2.5 C8YJ3静力分析和对比 38

3.5 D8节点 42

3.5.1 D8节点静力分析 42

3.5.2 D8HJ静力分析和对比 45

3.5.3 D8YJ1静力分析和对比 49

3.6 D5节点 52

3.6.1 D5节点静力分析 53

3.6.2 D5HJ静力分析和对比 56

3.6.3 D5YJ静力分析和对比 60

3.7 本章小结 63

第四章 结论与展望 65

4.1结论 65

4.2展望 65

参考文献 67

致 谢 71

第一章 绪论

1.1课题背景

钢结构由于它的优良的性能得到了很广泛的应用。钢结构和混凝土结构、钢筋混凝土结构相比，钢结构构件工业化生产可减小施工周期、钢结构是可循环利用的材料、钢结构的布局灵活、钢结构自重轻且抗震性能好，具有较好的综合技术经济性能。近几年，世界各地对钢结构的研究和应用日益成熟并伴随着我国钢产量供大于求，导致钢结构价格大幅下降，国家开始鼓励并颁布技术支持政策来推进钢结构在我国的使用。据不完全统治，当前我国钢结构建筑每年的用钢量仍未到全国钢材总产量的2%，可见钢结构在我国发展前景十分广阔。在国外，早已将轻型钢结构广泛应用于住宅、办公楼等多高层建筑，因为轻型钢结构的使用节约能源、土地等资源，非常符合环保要求，也符合可持续发展战略的宗旨。在我国，建设部已经决定在全国住宅建筑中推广应用轻型钢结构^[33]。可见，钢结构建筑在未来将会普遍存在我国的土地上。

梁柱节点是钢框架中的关键连接部位，是钢框架结构各个构件的交汇点，受力复杂。其连接性能直接影响到整个框架在荷载作用下的整体行为。节点的破坏将导致框架结构产生难以修复的破坏或局部楼层的坍塌，甚至引起整个结构的倒塌^[34]。这表明，钢框架的节点及附近区域是最敏感的区域，因此钢梁柱节点是影响整个框架性能的主要因素之一^[35]。

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