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KK型主方支圆相贯节点的试验研究和理论分析

作　者: 单瑞增
导　师: 杨庆山
学　校: 北京交通大学
专　业: 结构工程
关键词: KK型主方支圆相贯节点试验研究有限元分析多元回归分析
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

摘要：近年来,各国逐渐开始对管节点进行研究,但相关的研究主要针对圆管间隙节点、方管间隙节点以及一些比较有规则的搭接节点,对于空间节点的研究还较少,尤其是相贯节点中关于KK型方圆组合的研究更少。因此本课题对KK型主方支圆相贯节点进行试验研究和非线性有限元分析,考察节点的极限承载力和破坏机理,为此类节点在以后工程中的应用提供可靠依据,具有非常重要的意义。本文以新中国国际展览中心工程为背景,对工程中涉及的复杂主方支圆钢管空间KK型直接焊接节点进行了足尺试验,考察其受力性能及应力分布规律。同时,利用ANSYS软件对试件进行了非线性有限元分析,将试验结果与计算结果进行对比分析,由试验结果与有限元计算结果验证了新中国国际展览中心钢桁架节点在设计值荷载作用下,试件A和试件B都未进入屈服,仍处于弹性状态,说明结构的设计荷载是有一定富余量的。同时利用ANSYS软件对前人所建模型进行数值分析,并进行对比,验证了利用ANSYS软件进行承载力分析是可行的。随后本文考察可能影响节点极限承载力数值分析结果的各种因素,包括单元选取、主管和支管端部的边界条件、加载方式和极限承载力计算的迭代方法等,通过分析建立了一个有效的,准确的有限元计算模型。本文在建立了一个有效的,准确的有限元模型的基础上,对影响相贯节点β、γ、τ、ψ、θ、B和f(n)的参数进行了有限元分析,总结了它们的变化规律、破坏模式及提出了它们的破坏准则。其中几何参数p、γ、τ、ψ、B及f(n)对节点强度有着显著的影响,参数e在450与650之间时对节点的强度影响不大,但超过650后对节点影响较显著。本文在有限元结果分析的基础上经多元回归分析得出了各主要参数影响的KK型节点强度公式,结合有限元计算结果对回归公式进行了验证,结果表明,该公式具有较好的精度,可以很好的预估KK型相贯节点的极限承载力,并可供工程设计参考应用。最后对于需要进一步研究的课题进行了探讨。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-10
第一章绪论  10-16
  1.1 钢管节点概述  10-11
  1.2 相贯节点研究现状  11-14
    1.2.1 试验研究  12-13
    1.2.2 数值分析与计算  13-14
  1.3 本课题研究的工程背景、内容及意义  14-15
    1.3.1 工程背景  14
    1.3.2 课题研究的内容  14-15
    1.3.3 课题研究的意义  15
  1.4 论文结构  15-16
第二章新国展钢桁架节点静力试验研究  16-38
  2.1 引言  16-17
  2.2 试验目的  17
  2.3 试验方案  17-22
    2.3.1 试验内容  17
    2.3.2 试验设计思路  17-18
    2.3.3 试件、底座的设计  18-22
  2.4 试验加载装置  22-23
  2.5 试验加载方案  23-24
  2.6 测点布置  24-27
    2.6.1 试件A测点布置图  24-26
    2.6.2 试件B测点布置图  26-27
  2.7 试验结果分析  27-35
    2.7.1 试件A结果分析  27-32
    2.7.2 试件B结果分析  32-35
  2.8 试件A与试件B的比较  35-37
  2.9 本章小结  37-38
第三章有限元模型的试验比较及校准  38-62
  3.1 试件A与有限元模型比较  38-48
    3.1.1 对试件有限元模型的建立及分析  38-39
    3.1.2 试件A结果分析  39-48
  3.2 试件B与有限元模型比较  48-60
    3.2.1 试件B结果分析  48-60
  3.3 本章小结  60-62
第四章主方支圆KK型相贯节点的非线性分析及承载力研究  62-86
  4.1 引言  62
  4.2 有限元模型建立  62-69
    4.2.1 分析程序  62
    4.2.2 节点几何参数  62-63
    4.2.3 单元类型及网格划分  63-64
    4.2.4 材料模型  64
    4.2.5 边界条件和加载方式  64-66
    4.2.6 有限元模型求解  66-69
  4.3 有限元程序准确性的验证  69-70
  4.4 节点破坏准则  70-72
    4.4.1 相贯节点极限承载力的确定准则  70-72
  4.5 节点破坏模式与参数分析  72-83
    4.5.1 本文相贯节点主要有以下几种典型破坏模式  74
    4.5.2 典型节点破坏模式分布  74
    4.5.3 典型节点的破坏模式分析  74-78
    4.5.4 参数分析  78-83
  4.6 公式回归及校验  83-84
    4.6.1 公式回归  83
    4.6.2 公式校验  83-84
  4.7 本章小结  84-86
第五章结语  86-88
  5.1 结论  86-87
    5.1.1 新中国国际展览中心钢桁架节点静力试验的主要结论  86
    5.1.2 主方支圆KK型相贯节点有限元参数分析的主要结论  86-87
  5.2 值得进一步研究的问题  87-88
参考文献  88-90
附录A 试验测点应力值  90-96
作者简历  96-100
学位论文数据集  100

KK型主方支圆相贯节点的试验研究和理论分析

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