单角钢连接节点板受压性能及极限承载力分析

摘要

节点板连接已广泛地用于各类钢结构，如桥梁、大型厂房和塔架结构等，但由于节点板连接自身形式的多样性和受力的复杂性，目前对节点板的受力过程、破坏机理及极限承载能力的研究都还不是十分深入。对于单角钢连接的节点板，由于受力时节点板与角钢形心之间存在偏心因素的影响，节点板的受力性能和承载能力与节点板轴心受力时又有很大区别。为了深入了解单角钢连接节点板的受力性能、破坏形态和规律、以及其极限承载能力等，本文以特高压输电线路某塔架结构中典型单角钢连接节点板节点为研究对象，主要完成了以下工作：
　　①进行了单角钢连接节点板足尺试验研究，试验结果表明单角钢连接节点板受压时破坏模式为板平面外的受压失稳；单角钢连接节点板在角钢端部部位受力最为不利，属于节点板的薄弱部位；单角钢连接使节点板在板平面外受到偏心附加弯矩的影响，使板的平面外有弯曲变形，同时由于单角钢杆件受压时的偏心扭转效应，带动节点板在弯曲的同时也伴随有扭转变形；
　　②完成了单角钢连接节点板的有限元模拟分析，并将有限元模拟结果与试验结果进行对比分析，从分析结果可以看出本文采用的ANSYS有限元分析模型模拟单角钢连接节点板的受压性能与试验结果十分吻合，表明该模型能准确模拟节点板的受力性能和承载能力；
　　③分析了部分参数变化对单角钢连接节点板受压性能的影响及其规律：单角钢连接节点板的极限受压承载能力随节点板厚度的增加和节点板无支长度的减小而增加，且其增长趋势近似为线性；同时，其破坏模式由板平面外失稳向材料强度破坏过渡；由于存在受力偏心和平面外刚度变化的影响，其极限受压承载能力较之节点板为等肢双角钢连接时要小，仅为等肢双角钢连接时的60％左右；
　　④将节点板受压承载能力与现行国内外钢结构规范公式计算值进行了比较，验证了现有规范公式对于节点板受压承载力计算的适用性。分析结果表明：现行国内外钢结构规范关于节点板承载能力的计算方法，无论是考虑材料强度破坏的有效宽度理论还是按柱的稳定理论简化考虑节点板的稳定计算公式均不能准确地计算其实际承载能力；本文通过试验及多个有限元模型对单角钢及等肢双角钢连接节点板的受压性能及极限承载能力进行了研究，并参考大量的国内外研究成果，总结提出了一个关于节点板受压承载能力的计算公式，且该公式能较为准确地计算单角钢和等肢双角钢连接节点板的极限受压承载力。

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1 绪 论

1.1引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究目的及主要研究内容

2 节点板受压性能的试验研究

2.1 试验目的和内容

2.2 材性试验

2.3 试验试件及试验装置

2.4 试验结果及分析

2.5 试验结论

3 节点板受压性能试验的有限元模拟

3.1 有限元模型的建立

3.2 有限元计算结果与试验结果的对比分析

3.3 本章小结

4 影响节点板受压性能的参数分析

4.1 参数的选取及有限元模型的建立

4.2影响节点板受压性能的参数分析

4.3 本章小结

5 节点板受压承载能力的计算

5.1 节点板受压承载力与现行规范计算值的比较

5.2 节点板受压承载能力的计算方法

5.3节点板受压承载力计算公式的适用性验证

5.4本章小结

6 结 语

6.1 取得的主要结论

6.2 后续研究工作展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文