钢结构滞回性能及抗震设计PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 结构抗震性能的研究方法 2

1.3 钢结构滞回性能的研究现状 3

1.4 本书的目的、研究方法和研究内容 3

参考文献 4

第2章 钢构件滞回性能的有限元分析 5

2.1 八节点超参数壳体单元坐标和位移函数 5

2.2 几何矩阵 7

2.3 应力和应变关系在整体和局部坐标间的转换 9

2.4 单元刚度矩阵 10

2.5 Kirchhoff应力和Cauchy应力的转换 11

2.6 等效节点力 12

2.7 建筑用钢材的混合强化本构关系 13

2.7.1 小变形下的本构关系 13

2.7.2 大变形下的本构关系 16

2.8 弹塑性各向异性损伤—混合强化本构关系 17

2.8.1 损伤材料的弹性本构方程 17

2.8.2 损伤混合强化规律 19

2.8.3 小变形弹塑性各向异性损伤本构关系 20

2.8.4 损伤演化方程 21

2.8.5 大变形弹塑性各向异性损伤本构关系 23

2.9 非线性有限元方程的求解及计算程序 23

2.9.1 位移增量法 24

2.9.2 应力、应变关系的求解 25

2.9.3 强化参数H的确定 27

2.9.4 数值积分的选择 27

2.9.5 残余应力及初始几何缺陷的处理 28

2.9.6 程序框图 29

2.10 计算程序精度验证 31

2.10.1 板壳大挠度弯曲问题 31

2.10.2 板壳屈曲问题 32

2.10.3 应变反向加载 33

2.10.4 箱形载面轴心受力构件单调加载 34

2.10.5 钢构件滞回性能 35

2.10.6 压弯构件的弹塑性弯扭屈曲 40

参考文献 42

第3章 梁柱全焊刚性连接滞回性能的有限元分析 44

3.1 弹塑性同性损伤本构关系 44

3.1.1 损伤变量与有效应力 44

3.1.2 损伤演化方程 45

3.1.3 考虑损伤和几何非线性的有限元方程 47

3.2 20节点空间等参元的几何特性及矩阵分析 48

3.2.1 节点坐标和位移 48

3.2.2 几何矩阵 49

3.2.3 单元刚度矩阵 50

3.2.4 等效节点力的计算 50

3.3 非线性有限元方程的求解 51

3.4 计算程序精度验证 51

参考文献 54

第4章 梁柱高强度螺栓连接的有限元模拟 55

4.1 接触问题的基本求解方法 55

4.2 ANSYS有限元建模 55

4.3 算例验证 57

参考文献 66

第5章 四边简支板受面内拉压循环荷载 68

5.1 分析参数设计 68

5.2 短板 69

5.3 长板 70

参考文献 71

第6章 箱形截面短柱受拉压循环荷载 72

6.1 分析参数设计 72

6.2 方管截面短柱 73

6.2.1 滞回曲线 73

6.2.2 强震下的板件宽厚比限值 74

6.3 矩形管截面短柱 76

6.4 小结 76

参考文献 77

第7章 箱形截面短柱受常轴力、循环弯矩 78

7.1 分析参数设计 78

7.2 滞回曲线 80

7.3 参数影响分析 81

7.3.1 翼缘宽厚比 82

7.3.2 腹板高厚比 82

7.3.3 轴压比 82

7.4 抗震设计建议 83

7.5 试验研究 84

7.5.1 试件设计及试验方案 85

7.5.2 试验结果及分析 85

7.5.3 试验结果对抗震设计建议适用性的验证 93

7.6 小结 94

参考文献 94

第8章 方管形截面支撑杆受拉压循环荷载 96

8.1 加载方式 96

8.2 残余应力的影响 96

8.3 模拟试件设计 97

8.4 滞回曲线的规律与特征 98

8.4.1 滞回曲线 98

8.4.2 包络线分析 100

8.4.3 单调加载曲线 101

8.4.4 支撑滞回曲线的基本特征 101

8.5 边界条件的影响 102

8.6 强度与延性 103

8.7 强震下构件的板件宽厚比限值 106

8.8 小结 107

参考文献 108

第9章 工字形截面支撑杆受拉压循环荷载 109

9.1 分析参数及试件设计 109

9.2 滞回曲线 110

9.3 各种参数对滞回性能的影响 112

9.3.1 翼缘板宽厚比 112

9.3.2 长细比 113

9.3.3 尺寸效应 113

9.4 强度与延性 113

9.5 强震下板件宽厚比限值 116

9.6 小结 118

参考文献 119

第10章 工字形截面梁 120

10.1 分析参数设计 120

10.2 平面外长细比的影响 122

10.3 翼缘宽厚比的影响 127

10.4 腹板高厚比的影响 128

10.5 残余应力的影响 129

10.6 抗震设计建议 130

10.7 小结 133

参考文献 133

第11章 工字形截面偏压构件 135

11.1 分析参数设计 135

11.2 滞回性能 137

11.3 各种参数的影响 138

11.3.1 翼缘宽厚比 138

11.3.2 腹板高厚比 139

11.3.3 轴压比 139

11.3.4 构件长细比 139

11.4 小结 140

参考文献 140

第12章 工字形截面压弯构件 142

12.1 分析参数设计 142

12.2 滞回性能 143

12.3 分析参数对滞回性能的影响 144

12.3.1 翼缘宽厚比的影响 144

12.3.2 腹板高厚比的影响 145

12.3.3 轴压比的影响 146

12.3.4 平面外长细比的影响 146

12.4 压弯构件轴压比和长细比的相关性 146

12.5 抗震设计建议 147

12.6 小结 148

参考文献 148

第13章 梁柱全焊刚性连接 150

13.1 试件设计 150

13.1.1 CWT系列试件 151

13.1.2 DB系列试件 151

13.1.3 BFT系列试件 152

13.1.4 CFT系列试件 152

13.1.5 CFW系列试件 152

13.1.6 SPAN系列试件 152

13.1.7 NC系列试件 153

13.1.8 WM系列试件 153

13.1.9 MST系列试件 153

13.1.10 NBB试件 153

13.2 单元划分 153

13.3 材料模型 154

13.4 加载制度 154

13.5 计算结果 154

13.6 对计算结果的分析 159

13.6.1 梁柱连接的应力分析 159

13.6.2 损伤分析 162

13.6.3 节点域厚度的影响 162

13.6.4 梁高的影响 164

13.6.5 梁翼缘厚度的影响 165

13.6.6 柱翼缘厚度的影响 165

13.6.7 柱翼缘宽度的影响 166

13.6.8 高跨比的影响 166

13.6.9 柱轴力的影响 166

13.6.10 焊缝强度的影响 167

13.6.11 钢材强度的影响 167

13.6.12 损伤的影响 168

13.6.13 循环荷载的影响 169

13.6.14 焊接衬板的影响 169

13.7 试验研究一 172

13.7.1 材性试验 172

13.7.2 焊接刚性梁柱连接的循环加载试验 180

13.7.3 试验结果分析 184

13.8 试验研究二 185

13.8.1 试件设计 185

13.8.2 试验方案 188

13.8.3 试验结果 188

13.8.4 试验结果分析 193

13.8.5 影响试件性能的主要因素 195

13.9 小结 195

参考文献 196

第14章 梁柱栓焊刚性连接 198

14.1 分析参数设计 198

14.1.1 节点域厚度 198

14.1.2 柱轴压力 198

14.1.3 高强度螺栓预拉力及摩擦面抗滑移系数 198

14.1.4 梁高度（HB系列） 199

14.1.5 梁翼缘厚度（TBF系列） 199

14.1.6 柱翼缘厚度（TCF系列） 199

14.1.7 柱翼缘宽度（WCF系列） 199

14.1.8 梁剪跨比（SPAN系列） 200

14.1.9 焊缝屈服强度（WM系列） 200

14.1.10 梁钢材屈服强度（BM系列） 200

14.1.11 梁腹板开口形状 200

14.1.12 焊接衬板处理方法（MBB系列） 201

14.2 连接受力性能及断裂分析 201

14.2.1 沿梁长度方向应力发展 201

14.2.2 梁腹板切角断面的应力分析 202

14.2.3 对接焊缝断面的应力 203

14.3 参数影响分析 204

14.3.1 柱轴力的影响 204

14.3.2 高强度螺栓预拉力及摩擦面抗滑移系数的影响 204

14.3.3 梁高的影响 205

14.3.4 梁翼缘厚度的影响 205

14.3.5 柱翼缘厚度的影响 205

14.3.6 柱翼缘宽度的影响 205

14.3.7 梁剪跨比的影响 205

14.3.8 焊缝屈服强度的影响 206

14.3.9 梁钢材屈服强度的影响 206

14.3.10 对接焊缝处梁腹板洞口形状的影响 206

14.3.11 焊接衬板处理方法的影响 206

14.4 试验研究 207

14.4.1 试件设计及试验方案 207

14.4.2 试验结果及分析 209

14.4.3 试验结果的数值模拟 211

14.5 小结 213

参考文献 214

第15章 改进型梁柱连接 216

15.1 “骨式”节点 216

15.1.1 分析参数设计 216

15.1.2 各参数的影响 217

15.1.3 连接受力性能分析 217

15.2 焊接盖板节点 218

15.2.1 分析参数设计 219

15.2.2 各种参数的影响 219

15.2.3 连接受力性能分析 219

15.3 焊接梁腋节点 222

15.3.1 分析参数设计 222

15.3.2 各种参数的影响 223

15.3.3 连接受力性能分析 223

15.4 加腋节点试验研究 226

15.4.1 加腋节点设计及试验方案 226

15.4.2 试验结果及分析 227

15.5 小结 231

参考文献 233

第16章 梁柱端板式连接 235

16.1 分析参数设计 236

16.1.1 试件设计 236

16.1.2 材料参数 241

16.1.3 单元划分及边界条件 242

16.1.4 加载制度及破坏准则 242

16.2 连接受力性能分析 243

16.2.1 单向加载性能 243

16.2.2 循环加载性能 244

16.3 各种参数的影响 247

16.3.1 螺栓直径、级别与排列方式 247

16.3.2 端板厚度及加劲肋 249

16.3.3 端板宽度 252

16.3.4 节点域板厚及加劲肋 252

16.3.5 柱的轴压比 255

16.3.6 柱翼缘尺寸 255

16.3.7 梁端剪力 257

16.3.8 梁截面高度 258

16.3.9 螺栓预拉力 258

16.3.10 钢材牌号 259

16.4 试验研究 259

16.4.1 试件设计及试验方案 259

16.4.2 试验结果及分析 261

16.4.3 试验结果与模拟结果的对比 264

16.5 端板连接节点设计 265

16.5.1 螺栓 265

16.5.2 端板 267

16.5.3 节点域 268

16.5.4 柱翼缘 268

16.5.5 构造 269

16.5.6 弯矩转角关系 270

16.6 小结 272

参考文献 273

第17章 带悬臂梁段拼接的梁柱连接 275

17.1 分析试件设计 275

17.2 连接受力性能分析 277

17.3 各种参数的影响 285

17.3.1 拼接方式 285

17.3.2 设计方法 286

17.3.3 抗滑移系数（U和UR系列试件） 287

17.3.4 螺栓预拉力 289

17.3.5 螺栓级别（BG、BGR系列试件） 290

17.3.6 螺栓直径（BD、BDR系列试件） 291

17.3.7 翼缘拼接板厚度 293

17.3.8 腹板拼接板厚度 294

17.3.9 翼缘螺栓数量 294

17.3.10 腹板螺栓数量 294

17.3.11 翼缘螺栓间距 295

17.3.12 腹板螺栓间距 295

17.3.13 梁翼缘厚度 295

17.3.14 梁腹板厚度 297

17.3.15 梁截面高度 297

17.3.16 梁剪跨比 298

17.3.17 拼接位置 298

17.3.18 柱翼缘厚度 299

17.3.19 柱腹板厚度 299

17.3.20 柱轴力 300

17.4 试验研究 301

17.4.1 试件设计及试验方案 301

17.4.2 材性及连接抗滑移系数试验 304

17.4.3 梁柱连接试验结果及分析 307

17.4.4 试验结果与有限元模拟结果的对比 310

17.5 抗震设计建议 313

17.6 小结 314

参考文献 314

第18章 梁腹板双角钢与柱抗剪连接 316

18.1 分析参数设计 316

18.2 有限元模型 321

18.3 连接受力性能分析 323

18.4 各种参数的影响 329

18.4.1 连接抗滑移系数 330

18.4.2 螺栓预拉力 331

18.4.3 螺栓级别和直径 332

18.4.4 螺栓中心线到与梁连接角钢肢背距离 334

18.4.5 梁剪跨比 335

18.4.6 柱翼缘厚度 335

18.4.7 梁高度 337

18.4.8 螺栓数量 337

18.4.9 角钢厚度 338

18.4.10 角钢长度 339

18.4.11 连接方法 340

18.4.12 角钢材性 345

18.5 试验研究 346

18.5.1 试件设计及试验方案 346

18.5.2 试验结果与模拟结果的对比 347

18.5.3 试验结果及分析 348

18.6 小结 349

参考文献 350

第19章 梁与柱腹板连接 352

19.1 分析参数设计 352

19.1.1 有限元模拟试件设计 352

19.1.2 试件材料参数的选取 353

19.1.3 BASE试件 353

19.1.4 TCF系列试件 353

19.1.5 WCF系列试件 354

19.1.6 DB系列试件 354

19.1.7 TBF系列试件 354

19.1.8 NC系列试件 355

19.1.9 CPL系列试件 355

19.1.10 FSCP系列试件 355

19.1.11 PT系列试件 355

19.1.12 UF系列试件 356

19.1.13 STRM系列试件 356

19.1.14 STRW系列试件 356

19.1.15 LB系列试件 356

19.1.16 CPT系列试件 356

19.1.17 HCW系列试件 357

19.1.18 SBW系列试件 357

19.1.19 DC系列试件 357

19.1.20 RBS系列试件 358

19.2 连接受力性能分析 358

19.2.1 滞回性能 359

19.2.2 梁柱腹板连接节点的应力分析 360

19.3 各种参数对连接滞回性能的影响 371

19.3.1 柱翼缘（节点域）厚度 371

19.3.2 柱翼缘宽度 375

19.3.3 梁截面高度 375

19.3.4 梁翼缘厚度 376

19.3.5 柱轴力 377

19.3.6 连接板长度 377

19.3.7 柱加劲肋 378

19.3.8 高强度螺栓预拉力 378

19.3.9 连接抗滑移系数 378

19.3.10 钢材屈服强度 378

19.3.11 焊缝强度 379

19.3.12 梁剪跨比 379

19.3.13 连接板厚度 379

19.3.14 梁腹板开口形状 380

19.3.15 焊接衬板处理方法 380

19.3.16 节点双向弯曲 380

19.3.17 梁端削弱（骨式连接） 382

19.4 小结 383

参考文献 386

第20章 偏心支撑 387

20.1 偏心支撑钢框架滞回性能的有限元分析 387

20.1.1 有限元模型 387

20.1.2 壳单元交界处节点位移的协调 388

20.1.3 梁单元与曲壳单元的连接 390

20.1.4 程序框图 392

20.1.5 算例验证 393

20.2 单斜杆偏心支撑 394

20.2.1 分析参数设计 394

20.2.2 耗能梁段受力性能分析 399

20.2.3 各种参数对滞回性能的影响 401

20.3 K形偏心支撑 405

20.3.1 分析参数设计 406

20.3.2 耗能梁段受力性能分析 407

20.3.3 各种参数的影响 407

20.4 Y形偏心支撑 412

20.4.1 分析参数设计 412

20.4.2 耗能梁段受力性能分析 413

20.4.3 各种参数的影响 414

20.5 小结 419

20.5.1 本文结论 419

20.5.2 抗震对策和设计建议 420

参考文献 421

第21章 钢框架—内填钢筋混凝土剪力墙结构 422

21.1 SRCW结构体系的研究状况 422

21.1.1 试验研究 422

21.1.2 结构分析方法 424

21.1.3 数值模拟 425

21.1.4 SRCW结构体系研究有待解决的问题 425

21.2 半刚性连接钢框架—内填RC剪力墙结构滞回性能试验 426

21.2.1 试件原结构设计 426

21.2.2 试验试件设计 426

21.2.3 加载方案 429

21.2.4 试验结果分析 429

21.3 试件的塑性破坏机构分析 443

21.4 结构滞回性能有限元分析 448

21.4.1 材料的本构关系（平面应力问题） 448

21.4.2 有限元模型 456

21.5 结构滞回性能有限元模拟结果及分析 459

21.5.1 本文试件滞回性能模拟 459

21.5.2 不同设计参数对结构滞回性能的影响 466

21.5.3 有限元模拟分析结论 477

21.5.4 本文有限元模拟存在的不足和研究建议 477

21.6 小结 478

参考文献 478