学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

平面K型圆主管方支管节点静力性能研究

作　者: 唐菊梅
导　师: 陈誉
学　校: 华侨大学
专　业: 结构工程
关键词: 平面K型圆主管方支管节点破坏模式极限承载力试验研究有限元分析
分类号: TU392.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 47次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

钢管结构由于其轻巧美观的外形及良好的受力性能,越来越广泛地被运用在空间钢管桁架结构中。由于空间钢管桁架结构中主管主要承受轴向力,而支管主要承受拉弯或是压弯荷载作用;根据圆管和(矩形管)方管各自的力学性能特点,在空间桁架中采用圆管作为主管,方管(矩形管)作为支管,比全部采用圆管或方管更合理。空间钢管结构节点受力复杂,其受力性能是工程界急需解决的问题之一。本文从基本的平面K型节点入手,以试验为背景,结合非线性有限元分析,主要考察平面K型圆主管方支管节点的受力性能、破坏模式、静力极限承载力以及在主管中灌混凝土对节点刚度和极限承载力的影响。首先进行的是平面K型圆主管方支管节点静力试验研究。实施了5个空钢管节点和1个主管内灌混凝土节点的试验。介绍了节点试验方案,考察了节点的受力性能、破坏模式和极限承载力,并对支管壁厚、主管内浇灌混凝土对节点极限承载力、刚度和延性的影响进行了讨论。试验研究结果表明:现行国内外规范中圆钢管和方钢管节点极限承载力计算值明显低于试验值,都不能准确计算圆主管方支管节点的极限承载力;支管壁厚的增加改变了节点的破坏模式并明显提高了节点极限承载力和延性;主管内灌混凝土虽提高了极限承载力和初始刚度但延性并没有得到显著提高;圆主管方支管节点区域的变形主要源于受拉支管的局部变形。随后本文对该类型节点极限承载力进行非线性有限元适应性分析。综合考虑各种因素,建立一个有效的,准确的有限元模型以便进行广泛的参数分析。基于此种有限元模型并对静力加载试验的6个节点进行了有限元分析,将试验结果和有限元分析结果进行比较,验证了有限元模型的适用性。在试验研究和有限元适用性分析之后,本文对64个该类型节点进行有限元参数分析,得出该类型节点受力全过程、节点破坏模式分布规律、几何参数对节点极限承载力影响。在支管与主管夹角θ一定的情况下无偏心的平面K型圆主管方支管节点的极限承载力与决定节点几何外形的无量纲参数——支管与主管的直径比β、主管的径厚比γ、支管与主管的壁厚比τ有关。其中,主管的径厚比γ和支管与主管的壁厚比τ这两个因素有比较显著的影响,而β值影响相对较小。然后本文在国际焊接协会规范平面K型圆钢管间隙节点极限承载力计算公式的基础上通过多元回归技术得出平面K型圆主管方支管钢管相贯节点极限承载力计算公式,经与本次试验结果和陈以一老师的越南国家体育场足尺试验结果的统计分析,证明此公式具有较高精度和可靠性。最后,对于需进一步研究的内容进行了讨论。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-17
  1.1 背景  12
  1.2 研究现状  12-14
  1.3 本文研究内容  14-15
  1.4 研究意义  15
  1.5 论文结构  15-17
第2章平面K 型圆主管方支管节点极限承载力试验研究  17-34
  2.1 引言  17
  2.2 试验目的  17
  2.3 试验方案  17-20
    2.3.1 试验内容  17
    2.3.2 试验设计思路  17-18
    2.3.3 试件设计  18
    2.3.4 加载装置和测试方案  18-20
  2.4 试验现象与破坏模式  20-24
    2.4.1 试验现象  20-24
    2.4.2 破坏模式  24
  2.5 杆件内力  24-26
    2.5.1 理论计算模型  24-25
    2.5.2 杆件轴力理论值与试验值比较  25-26
  2.6 试验曲线  26-32
    2.6.1 加载端荷载-竖向位移曲线  26-27
    2.6.2 支管轴力-主管管壁变形曲线  27-29
    2.6.3 应变强度－测点曲线  29-32
  2.7 试验结果分析  32-33
    2.7.1 节点极限承载力的确定  32-33
  2.8 本章结论  33-34
第3章节点极限承载力有限元适应性分析  34-49
  3.1 引言  34
  3.2 有限元建模影响因素  34-41
    3.2.1 分析程序  34
    3.2.2 边界条件和加载方式  34-35
    3.2.3 单元类型  35-36
    3.2.4 材料性能  36
    3.2.5 网格划分  36-37
    3.2.6 主管和支管的长度  37-38
    3.2.7 非线性分析基本假定  38
    3.2.8 材料非线性  38-39
    3.2.9 几何非线性  39-40
    3.2.10 非线性方程组求解  40
    3.2.11 收敛准则  40-41
    3.2.12 有限元模型极限承载力判别准则  41
  3.3 有限元模型模拟结果  41-47
    3.3.1 破坏模式  41-42
    3.3.2 加载端荷载-竖向位移曲线  42-43
    3.3.3 支管轴力－主管管壁变形曲线  43-45
    3.3.4 极限承载力有限元计算结果  45-46
    3.3.5 塑性区域扩展情况  46-47
  3.4 本章结论  47-49
第4章平面 K 型圆主管方支管节点极限承载力参数研究  49-63
  4.1 引言  49
  4.2 现有平面K 型钢管相贯节点极限承载力计算公式  49-52
    4.2.1 公式比较  49-51
    4.2.2 节点极限承载力的评价  51-52
  4.3 平面K 型圆主管方支管相贯节点有限元分析  52-61
    4.3.1 计算模型  52
    4.3.2 计算参数  52-53
    4.3.3 计算结果  53-57
    4.3.4 节点受力全过程  57-58
    4.3.5 节点破坏模式的分布规律  58-59
    4.3.6 几何参数对该类节点极限承载力的影响  59-61
  4.4 混凝土对该类节点极限承载力影响的有限元分析  61-62
  4.5 本章结论  62-63
第5章平面 K 型圆主管方支管节点极限承载力计算公式  63-67
  5.1 引言  63
  5.2 平面K 型圆主管方支管节点极限承载力公式  63-66
    5.2.1 参数回归  63-64
    5.2.2 回归校验  64-65
    5.2.3 公式与本次试验比较  65-66
    5.2.4 公式与陈以一老师试验比较  66
  5.3 本章结论  66-67
第6章结语  67-70
  6.1 研究成果  67-68
  6.2 研究展望  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
攻读硕士学位期间论文发表情况  74

平面K型圆主管方支管节点静力性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文