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當前位置: 首頁出版圖書科學技術(shù)工業(yè)技術(shù)一般工業(yè)技術(shù)鋁合金結(jié)構(gòu)環(huán)槽鉚釘連接及梁柱節(jié)點受力機理與設(shè)計方法

鋁合金結(jié)構(gòu)環(huán)槽鉚釘連接及梁柱節(jié)點受力機理與設(shè)計方法

鋁合金結(jié)構(gòu)環(huán)槽鉚釘連接及梁柱節(jié)點受力機理與設(shè)計方法

定 價:¥149.00

作 者: 王中興
出版社: 清華大學出版社
叢編項:
標 簽: 暫缺

ISBN: 9787302597179 出版時間: 2022-04-01 包裝: 平裝-膠訂
開本: 16開 頁數(shù): 字數(shù):  

內(nèi)容簡介

  鋁合金結(jié)構(gòu)比強度高、耐腐蝕性能優(yōu)良,近年來在建筑結(jié)構(gòu)中發(fā)展迅速且前景廣闊。鋁合金目前主要應用于大跨空間和橋梁結(jié)構(gòu),但由于缺乏合理可靠的梁柱連接形式及其相關(guān)研究,在框架結(jié)構(gòu)中的應用還十分有限。建筑結(jié)構(gòu)常用的鋁合金材料可焊性差,所以緊固件連接自然成為鋁合金結(jié)構(gòu)的**選擇?!朵X合金結(jié)構(gòu)環(huán)槽鉚釘連接及梁柱節(jié)點受力機理與設(shè)計方法》結(jié)合力學性能優(yōu)異的新型緊固件環(huán)槽鉚釘,提出了可有效連接鋁合金結(jié)構(gòu)構(gòu)件的節(jié)點形式,并緊密圍繞鋁合金結(jié)構(gòu)環(huán)槽鉚釘連接與梁柱節(jié)點開展了系統(tǒng)性的深入研究;全書研究對象包含緊固件→連接件→節(jié)點三個層次,步步深入地利用試驗、數(shù)值及理論分析等手段開展了以下主要工作: (1)通過試驗研究獲取了環(huán)槽鉚釘?shù)念A緊力數(shù)值及其損失情況,并開展了44個鉚釘在不同受力狀態(tài)下承載能力測試。建立了環(huán)槽鉚釘精細化有限元模型和計算效率更高的簡化模型,并從數(shù)值結(jié)果中提取鉚釘拉脫過程的特征信息從而對拉脫機理進行揭示,進而推導了拉脫力公式。提出了環(huán)槽鉚釘承載力設(shè)計方法并通過試驗與數(shù)值結(jié)果驗證了其準確性。 (2)開展了23個受剪連接拉伸試驗,其中包括3種環(huán)槽鉚釘布置形式,并考慮了鋁合金牌號,鉚釘端距、邊距和中距對試件受力性能的影響。試驗中還測試了4種牌號鋁合金板件的材料力學性能和抗滑移系數(shù)。以試驗為基礎(chǔ),驗證了所建立的有限元模型并開發(fā)自動計算程序、開展了930個參數(shù)分析。在厘清受力機理后,提出了受剪連接設(shè)計方法。 (3)開展了30個環(huán)槽鉚釘T型連接受拉試驗,并基于試驗進行了系統(tǒng)性的有限元分析與受力機理研究。在理論和有限元參數(shù)分析的支撐下,提出了基于連續(xù)強度方法(CSM)考慮鋁合金材料非線性特性及考慮鉚釘受彎的T型連接設(shè)計方法,將設(shè)計結(jié)果與312個數(shù)據(jù)點進行對比,驗證了其合理性。 (4)提出了兩種環(huán)槽鉚釘連接的鋁合金梁柱節(jié)點形式并開展了10個足尺節(jié)點的單調(diào)加載試驗和4個循環(huán)加載試驗,對節(jié)點的承載性能及破壞模式、延性與耗能能力深入分析。建立并驗證了相應的有限元模型。 (5)以上述研究為基礎(chǔ)并結(jié)合組件法,提出了適用于此類節(jié)點的設(shè)計方法,包括:初始剛度、承載能力、彎矩-轉(zhuǎn)角全曲線、構(gòu)造建議及滯回模型。所提出的方法將為我國設(shè)計使用環(huán)槽鉚釘連接的鋁合金梁柱節(jié)點提供依據(jù)。

作者簡介

  王中興,天津大學副研究員,兼任中國鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與疲勞分會青年理事。2014年本科畢業(yè)于大連理工大學建設(shè)工程學部,同年進入清華大學土木工程系攻讀研究生,2020年獲清華大學工學博士學位,期間曾于英國帝國理工學院進行為期一年學術(shù)訪問。曾擔任清華大學土木工程及建設(shè)管理系研究生會主席。王中興主要研究領(lǐng)域為:(1) 鋁合金結(jié)構(gòu)構(gòu)件的穩(wěn)定性能、(2) 鋁合金結(jié)構(gòu)連接及節(jié)點的受力性能、(3) 金屬結(jié)構(gòu)抗火及抗震性能、(4) 金屬結(jié)構(gòu)3D打印等。主持國家自然科學基金1項、國家及省部級重點實驗室開放課題與工程咨詢項目5項,作為項目骨干參與國家與省部級課題4項、歐盟煤炭和鋼鐵研究基金項目(RFCS)1項。以或通訊作者身份發(fā)表SCI論文10余篇,已授權(quán)國家發(fā)明專利5項、軟件著作權(quán)1項。參編國家及行業(yè)標準4部。曾獲清華大學研究生特等獎學金、清華大學土木工程系學術(shù)新秀、清華大學優(yōu)秀博士學位論文、清華大學優(yōu)秀博士畢業(yè)生、中國土木工程學會優(yōu)秀畢業(yè)生等榮譽。

圖書目錄

第1章引言
1.1選題的背景及意義
1.2鋁合金結(jié)構(gòu)的特點和工程應用
1.2.1鋁合金結(jié)構(gòu)的特點
1.2.2鋁合金結(jié)構(gòu)的應用現(xiàn)狀
1.3環(huán)槽鉚釘?shù)奶攸c與應用
1.3.1環(huán)槽鉚釘?shù)木o固原理與特點
1.3.2環(huán)槽鉚釘?shù)墓こ虘?br />1.4鋁合金結(jié)構(gòu)連接與節(jié)點的研究現(xiàn)狀
1.4.1鋁合金材料力學性能
1.4.2鋁合金結(jié)構(gòu)連接的力學性能
1.4.3鋁合金節(jié)點的力學性能
1.4.4現(xiàn)有研究的不足
1.5國內(nèi)外規(guī)范中鋁合金結(jié)構(gòu)連接與梁柱節(jié)點的設(shè)計方法
1.5.1鋁合金結(jié)構(gòu)受剪連接的設(shè)計方法
1.5.2鋁合金結(jié)構(gòu)T形連接的設(shè)計方法
1.5.3鋁合金梁柱節(jié)點的設(shè)計方法
1.5.4現(xiàn)有設(shè)計方法的局限性
1.6本書主要研究內(nèi)容
第2章環(huán)槽鉚釘力學性能與承載力研究
2.1概述
2.2環(huán)槽鉚釘預緊力的測量
2.3環(huán)槽鉚釘?shù)某休d性能試驗研究
2.3.1釘桿材料力學性能試驗
2.3.2鉚釘多角度拉伸試驗
2.4環(huán)槽鉚釘精細化數(shù)值模型
2.4.1模型的建立與驗證
2.4.2鉚釘拉脫過程受力機理分析
2.5釘帽拉脫承載力的計算方法
2.5.1鋁合金帽鉚釘?shù)睦摮休d力FPO,a
2.5.2不銹鋼帽鉚釘?shù)睦摮休d力FPO,s
2.6簡化模型的實現(xiàn)與關(guān)鍵參數(shù)推導
2.7環(huán)槽鉚釘承載力設(shè)計方法及其驗證
2.8本章小結(jié)
第3章環(huán)槽鉚釘受剪連接受力機理與設(shè)計方法研究
3.1概述
3.2材料力學性能試驗
3.3鋁合金板件抗滑移系數(shù)和表面粗糙度測量
3.4受剪連接拉伸試驗
3.4.1試驗方案
3.4.2試件破壞形態(tài)
3.4.3極限承載力與荷載位移曲線
3.4.4試驗結(jié)果與現(xiàn)行規(guī)范對比
3.5受剪連接的有限元模型
3.5.1材料本構(gòu)關(guān)系
3.5.2單元類型與網(wǎng)格劃分
3.5.3邊界條件,荷載與接觸
3.5.4基于應力三軸度的材料破壞準則
3.5.5有限元模型驗證
3.6受剪連接工作機理和影響因素分析
3.6.1受剪連接中摩擦力的分布規(guī)律
3.6.2鉚釘端距的影響分析
3.6.3鋁合金內(nèi)板板厚的影響分析
3.6.4鉚釘釘桿直徑的影響分析
3.6.5鉚釘邊距的影響分析
3.6.6鉚釘預緊力的影響分析
3.7鋁合金結(jié)構(gòu)環(huán)槽鉚釘受剪連接的設(shè)計方法
3.7.1端部剪出的設(shè)計方法
3.7.2承壓破壞的設(shè)計方法
3.7.3預緊力調(diào)節(jié)系數(shù)
3.7.4邊距對試件承載力影響的設(shè)計考慮
3.7.5受剪連接的承載力校核
3.7.6受剪連接構(gòu)造建議
3.8本章小結(jié)
第4章環(huán)槽鉚釘T形連接受力機理與設(shè)計方法研究
4.1概述
4.2材料力學性能試驗
4.3T形連接受拉試驗
4.3.1試件設(shè)計
4.3.2試驗裝置與加載方案
4.3.3攝影測量
4.3.4試驗結(jié)果與分析
4.4T形連接的有限元模型
4.4.1有限元模型的建立
4.4.2有限元模型的驗證
4.5環(huán)槽鉚釘T形連接受力機理分析
4.5.1T形連接中的撬力
4.5.2環(huán)槽鉚釘預緊力的影響分析
4.5.3環(huán)槽鉚釘直徑的影響分析
4.5.4環(huán)槽鉚釘滑移等效段長度的影響分析
4.5.5T形件翼緣腹板交接處倒角的影響分析
4.5.6T形件屈服線的分布規(guī)律
4.6鋁合金結(jié)構(gòu)環(huán)槽鉚釘T形連接設(shè)計方法
4.6.1破壞模式的重新界定
4.6.2CSM:  考慮鋁合金翼緣非線性行為的設(shè)計方法
4.6.3環(huán)槽鉚釘受彎的影響
4.6.4設(shè)計方法及步驟總結(jié)
4.7本章小結(jié)
 
第5章環(huán)槽鉚釘連接的鋁合金梁柱節(jié)點承載性能試驗與
有限元分析
5.1概述
5.2節(jié)點設(shè)計
5.2.1節(jié)點命名與主要參數(shù)
5.2.2角形連接件
5.2.3節(jié)點域加強構(gòu)造
5.2.4環(huán)槽鉚釘?shù)念愋汀⒊叽绾途o固方式
5.2.5材料力學性能
5.2.6不銹鋼與鋁合金間的抗滑移系數(shù)
5.3試驗方案
5.3.1試驗裝置
5.3.2循環(huán)加載方案
5.3.3量測方案
5.4靜力試驗結(jié)果與分析
5.4.1彎矩轉(zhuǎn)角特性
5.4.2試驗現(xiàn)象與破壞形態(tài)
5.4.3主要變形結(jié)果與分析
5.4.4關(guān)鍵參數(shù)的影響分析小結(jié)
5.5循環(huán)試驗結(jié)果與分析
5.5.1滯回與骨架曲線
5.5.2試驗現(xiàn)象與破壞形態(tài)
5.5.3角形件應變分布與分析
5.5.4耗能能力與延性分析
5.5.5節(jié)點的剛度退化
5.6梁柱節(jié)點的有限元模型
5.6.1有限元模型的建立
5.6.2靜力有限元模型的驗證
5.6.3循環(huán)有限元模型的驗證
5.7本章小結(jié)
第6章環(huán)槽鉚釘連接的鋁合金梁柱節(jié)點承載性能設(shè)計方法
6.1概述
6.2梁柱節(jié)點的參數(shù)分析
6.2.1分析參數(shù)的選擇
6.2.2角形件與鉚釘?shù)挠绊懛治?br />6.2.3加強墊板的影響分析
6.2.4梁柱構(gòu)件的影響分析
6.3初始剛度設(shè)計方法
6.3.1TSAC型節(jié)點
6.3.2TSWAC型節(jié)點
6.3.3設(shè)計方法驗證
6.4承載能力設(shè)計方法
6.4.1TSAC型節(jié)點
6.4.2TSWAC型節(jié)點
6.4.3設(shè)計方法驗證
6.4.4構(gòu)造要求和承載力簡化設(shè)計
6.5彎矩轉(zhuǎn)角全曲線
6.6抗震設(shè)計建議
6.6.1抗震構(gòu)造建議
6.6.2節(jié)點滯回模型
6.7本章小結(jié)
第7章結(jié)論與展望
7.1結(jié)論
7.2展望
參考文獻
附錄A環(huán)槽鉚釘受剪連接有限元曲線驗證匯總
附錄B環(huán)槽鉚釘受剪連接影響因素分析核心程序
附錄C環(huán)槽鉚釘T形連接有限元曲線驗證匯總
在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果
致謝
 
Contents
Chapter 1Introduction
1.1The Background and Significance of the Topic
1.2The Characteristics and Engineering Applications 
of Aluminium Alloy Structures
1.2.1The Characteristics of Aluminium Alloy 
Structures
1.2.2The Application Status of Aluminium Alloy 
Structures
1.3The Characteristics and Engineering Applications of 
SwageLocking Pins
1.3.1The Fastening Mechanism and Characteristics 
of SwageLocking Pins
1.3.2The Engineering Applications of 
SwageLocking Pins
1.4The Research Status of Aluminium Alloy Connections 
and Joints
1.4.1The Mechanical Properties of Aluminium 
Alloys
1.4.2The Structural Behaviour of Aluminium 
Alloy Connections
1.4.3The Structural Behaviour of Aluminium 
Alloy Joints
1.4.4Inadequacies of Existing Research Studies
1.5The Design Methods for Aluminium Alloy Connections 
and BeamtoColumn Joints in Chinese and Foreign 
Design Codes
1.5.1The Design Methods for Aluminium Alloy 
Shear Connections
1.5.2The Design Methods for Aluminium Alloy 
TStub Connections
1.5.3The Design Methods for Aluminium Alloy 
BeamtoColumn Joints
1.5.4The Limitation of Existing Design Methods
1.6The Main Research Contents of Current Book
Chapter 2The Research on the Mechanical Properties and Resistances 
of SwageLocking Pins
2.1General
2.2Measurements of Preloads of SwageLocking Pins
2.3Experimental Investigations on the LoadCarrying 
Capacities of SwageLocking Pins
2.3.1Tensile Coupon Tests on the Pin Material
2.3.2Tensile Tests on SwageLocking Pins Under 
MultiAngles
2.4Refined Finite Element (FE) Models for 
SwageLocking Pins
2.4.1The Establishment and Validation of FE 
Models
2.4.2The Analysis on the Mechanical Mechanism 
of Collar PullOut
2.5The Calculation Method for the Resistances of the Collar 
to PullOut
2.5.1Aluminium Alloy Collar FPO,a
2.5.2Stainless Steel Collar FPO,s
2.6The Realization of Simplified FE Models and the 
Derivation of Key Parameters
2.7The Design Method for Resistances of SwageLocking 
Pins and Validation
2.8Summary of This Chapter
Chapter 3The Research on the Mechanical Mechanism and Design 
of SwageLocking Pinned Aluminium Alloy Shear 
Connections
3.1General
3.2Material Tests
3.3Measurements of Slip Coefficients and Surface Roughness 
of Aluminium Alloy Plates
3.4Tensile Tests on Shear Connections
3.4.1Test Programme
3.4.2Failure Modes of Specimens
3.4.3LoadCarrying Capacities and LoadDeformation 
Curves
3.4.4Comparisons of Test Results and Predicted 
Results by Existing Design Codes
3.5Finite Element Models of Shear Connections
3.5.1Constitutive Models
3.5.2Element Type and Mesh
3.5.3Boundary Conditions, Load and 
Interactions
3.5.4Material Fracture Criterion Based on Stress 
Triaxiality
3.5.5Validation of the Established FE Models
3.6Analyses on the Mechanical Mechanism and Influencing 
Factors of Shear Connections
3.6.1Distribution Rule of Friction Forces in the 
Shear Connection
3.6.2Influence Analysis of the End Distance of 
the Pin
3.6.3Influence Analysis of the InnerPlate 
Thickness
3.6.4Influence Analysis of the Pin Diameter
3.6.5Influence Analysis of the Edge Distance of 
the Pin
3.6.6Influence Analysis of the Preload of the Pin
3.7Design Methods for the SwageLocking Pinned 
Aluminium  Alloy Shear Connections
3.7.1Design Methods for ShearOut Resistances
3.7.2Design Methods for Bearing Resistances
3.7.3Adjustment Coefficient of Preloads
3.7.4Design Consideration of the Influence of Edge 
Distances on the Connection Resistances
3.7.5Resistance Verification of Shear Connections
3.7.6Design Recommendations for Shear 
Connections
3.8Summary of This Chapter
Chapter 4The Research on the Mechanical Mechanism and Design of
 SwageLocking Pinned TStub Connections
4.1General
4.2Material Tests
4.3Tensile Tests on TStub Connections
4.3.1Specimen Design
4.3.2Test Setup and Loading Scheme
4.3.3Video Gauge
4.3.4Test Results and Analyses
4.4Finite Element Models of TStub Connections
4.4.1Establishment of the FE Models
4.4.2Validation of the FE Models
4.5Analyses on the Mechanical Mechanism of SwageLocking 
Pinned TStub Connections
4.5.1The Prying Force In TStubs
4.5.2Influence Analysis of the Preload of the Pin
4.5.3Influence Analysis of the Pin Diameter
4.5.4Influence Analysis of the Length of the 
Equivalent  Segment
4.5.5Influence Analysis of the Radius of the 
WebtoFlange Fillet
4.5.6Distribution Rule of the Yield Line of the 
TStubs
4.6Design Methods for the SwageLocking Pinned 
Aluminium  Alloy TStub Connections
4.6.1Redefinition of the Failure Modes
4.6.2CSM:  The Design Method Considering the 
Nonlinear Behaviour of Aluminium Alloy 
Flanges
4.6.3The Influence of the Bending of the 
SwageLocking Pin
4.6.4The Summary of the Design Methods and 
Procedures
4.7Summary of This Chapter
Chapter5Experimental and Numerical Investigation on the 
SwageLocking Pinned Aluminium Alloy 
BeamToColumn Joints
5.1General
5.2Joint Design
5.2.1Specimen Label and Main Parameters
5.2.2Angle Cleats
5.2.3The Strengthening Measures of the Panel 
Zone
5.2.4Type, Size and Fastening Method of the 
SwageLocking Pin
5.2.5Material Properties
5.2.6Slip Coefficients Between the Stainless Steel and 
Aluminium Alloy
5.3Test Programme
5.3.1Test Setup
5.3.2Loading Scheme of the Cyclic Test
5.3.3Measuring Scheme
5.4Results and Analyses of Monotonic Loading Tests
5.4.1MomentRotation Characteristics
5.4.2Test Phenomenon and Failure Modes
5.4.3Main Deformation Results and Analyses
5.4.4Summary of the Influence of Key 
Parameters
5.5Results and Analyses of Cyclic Loading Tests
5.5.1Hysteresis and Skeleton Curves
5.5.2Test Phenomenon and Failure Modes
5.5.3Strain Distribution and Analyses of Angle 
Cleats
5.5.4Analysis of EnergyDissipating Capacity and 
Ductility
5.5.5Stiffness Degradation of the Joint
5.6Finite Element Models of the BeamtoColumn 
Joints
5.6.1Establishment of the FE Models
5.6.2Validation of the Monotonic FE Models
5.6.3Validation of the Cyclic FE Models
5.7Summary of This Chapter
Chapter 6Design Method For Resistances of the SwageLocking Pinned
Aluminium Alloy BeamToColumn Joints
6.1General
6.2Parametric Studies of the BeamtoColumn Joints
6.2.1The Selection of the Parameter
6.2.2Influence Analysis of the Angle Cleat and 
SwageLocking Pin
6.2.3Influence Analysis of the Bearing Plate
6.2.4Influence Analysis of the Beam and Column 
Member
6.3Design Method for the Initial Stiffness
6.3.1TSAC Joints
6.3.2TSWAC Joints
6.3.3Verification of the Design Method
6.4Design Method for the Moment Resistances
6.4.1TSAC Joints
6.4.2TSWAC Joints
6.4.3Verification of the Design Method
6.4.4Constructional Requirements and Simplified
Design Method for Moment Resistances
6.5FullRange MomentRotation Curves
6.6Recommendations for Seismic Design
6.6.1Constructional Requirements for Seismic 
Design
6.6.2Hysteresis Model for BeamtoColumn 
Joints
6.7Summary of This Chapter
Chapter 7Conclusions and Outlook
7.1Conclusions
7.2Outlook
References
Annex ASummary of the Comparisons of Numerical and Experimental 
LoadDeformation Curves of SwageLocking Pinned Shear 
Connections
Annex BCore Program of the Parametric Studies on SwageLocking 
Pinned Shear Connections
Annex CSummary of the Comparisons of Numerical and Experimental 
LoadDeformation Curves of SwageLocking Pinned TStub 
Connections
Curriculum Vitae, Publications During PhD Study and Other Research 
Results
Acknowledgements
 

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