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间隙K型节点方管桁架静力工作性能的试验研究

作　者: 王渊阳
导　师: 武振宇
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 方钢管桁架 K型节点静力性能试验研究有限元分析
分类号: TU392.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 157次
引　用: 2次
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内容摘要

为研究直接焊接方钢管桁架的静力工作性能,进行了两榀直接焊接K型间隙方钢管桁架静力试验。通过对桁架的破坏模式、荷载—轴力曲线、支杆轴力—相对位移曲线、荷载—挠度曲线和极限承载力的分析,研究了不同高跨比方钢管桁架的静力工作性能。采用ANSYS程序依据桁架试件的实际尺寸建模,并模拟了试验边界条件和加载方式进行计算。建立了三个有限元壳单元桁架模型。模型1是不考虑焊缝影响的壳单元桁架;模型2是通过局部增大支杆壁厚来考虑焊缝影响的壳单元桁架;模型3是通过在支杆四周设置附加壳单元来考虑焊缝影响的壳单元桁架。同时将荷载—轴力曲线、支杆轴力—相对位移曲线、荷载—挠度曲线和桁架破坏模式的试验结果与有限元计算结果进行了比较,验证了利用ANSYS程序进行钢管桁架静力性能研究的可行性。此外,通过对有限元计算结果的分析,掌握了钢管桁架中K型间隙节点的应力分布和塑性发展过程。采用ANSYS程序中的壳单元来模拟管桁架虽然准确性较高,但是模型的建立和计算比较费时间。本文用杆单元和梁单元建立的简化模型计算了桁架的杆件轴力和挠度。与有限元壳单元模型计算结果比较表明,简化模型不仅准确,而且模型建立和计算所用的时间较少。本课题的试验研究和有限元分析将为方钢管桁架在我国发展提供一定的试验数据和分析方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
物理名称及符号表  6-10
第1章绪论  10-23
  1.1 概述  10-11
  1.2 桁架的简介  11-16
    1.2.1 桁架的分类  11-12
    1.2.2 管桁架节点  12
    1.2.3 管桁架的优点  12-13
    1.2.4 管桁架的失效模式  13-15
    1.2.5 管桁架的研究方法  15-16
  1.3 空心管结构的国内外研究现状  16-22
    1.3.1 国外的研究现状  16-18
    1.3.2 国内的研究现状  18-22
  1.4 主要研究内容  22-23
第2章试件及加载方案设计  23-36
  2.1 试验目的  23
  2.2 试件设计思路  23-24
  2.3 桁架试件  24-31
    2.3.1 桁架试件的材料属性  24-29
    2.3.2 桁架尺寸及支撑的设置  29-31
  2.4 加载方案  31-33
  2.5 测试方案  33-35
  2.6 本章小结  35-36
第3章试验结果及分析  36-62
  3.1 试验现象及破坏模式  36-43
    3.1.1 试件最终破坏现象  36-37
    3.1.2 桁架试件的破坏模式  37-43
  3.2 桁架试件的内力分析  43-48
  3.3 试验数据分析  48-60
    3.3.1 桁架试件Truss-400 的支杆轴力-相对位移曲线  50-54
    3.3.2 桁架试件Truss-500 的支杆轴力-相对位移曲线  54-57
    3.3.3 桁架试件Truss-400 的荷载-挠度曲线  57-58
    3.3.4 桁架试件Truss-500 的荷载-挠度曲线  58-59
    3.3.5 不同桁架试件的比较  59-60
  3.4 本章小结  60-62
第4章试验桁架的有限元分析  62-107
  4.1 引言  62
  4.2 有限元模型的建立  62-65
    4.2.1 单元的选取  62-63
    4.2.2 网格划分  63
    4.2.3 材料本构关系的确定  63
    4.2.4 加载方式和边界条件的确定  63-65
    4.2.5 有限元模型的简化  65
  4.3 有限元计算结果与试验结果比较  65-95
    4.3.1 桁架试件Truss-400 的有限元结果与试验结果比较  67-81
    4.3.2 桁架试件Truss-500 的有限元结果与试验结果比较  81-95
  4.4 简化模型与有限元的比较  95-105
    4.4.1 模型的建立  95-96
    4.4.2 节点的耦合  96-97
    4.4.3 模型的特点  97
    4.4.4 轴向刚度  97-99
    4.4.5 荷载—挠度曲线  99-100
    4.4.6 荷载—轴力曲线  100-105
  4.5 本章小结  105-107
结论  107-109
参考文献  109-114
附录1  114-115
附录2  115-116
附录3  116-117
附录4  117-118
附录5  118-119
攻读学位期间发表的学术论文  119-121
致谢  121

间隙K型节点方管桁架静力工作性能的试验研究

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