K型空心弯管相贯节点承载力与刚度参数化分析

摘要

目前K型相贯节点已较为普遍的运用于空间钢管结构中，但是由于该节点应用在大跨度或超大跨度空间结构时会带来下列问题：其一，沿跨度方向，内力变化梯度过大，通长的等截面弦杆会造成材料的极大浪费；其二，由于跨度较大，腹杆直径均相对偏大，直接交汇节点时，若弦杆直径不增大，腹杆切弧相贯焊接很难实现。因此，马克俭教授提出了适用于超大跨度空间钢管结构的K型空心弯管锥头节点，该节点同时能节约钢材并改善节点的施工性能。为了便于K型空心弯管相贯节点的工程应用，本文采用ANSYS参数化分析了节点几何参数对节点承载力及其刚度的影响。分析表明：
　　（1）提出了节点刚度因子η及承载力因子ω的概念，进而得到K型空心弯管节点各参数对应的η-ω关系曲线，最终通过多元回归的方式拟合得到该节点的刚度计算公式；
　　（2）基于《钢结构设计规范》中对于K型节点极限承载力计算公式通过引入影响系数ψf来拟合K型空心弯管锥头节点的极限承载力，该拟合公式考虑了各参数对节点承载力的影响；
　　（3）K型空心弯管锥头节点中，节点管管径及其壁厚、弦管2的管径、腹杆管径及其壁厚、腹杆与节点管夹角、两腹杆之间的夹角、弦杆2所施加轴力与其屈服荷载标准值的比值对节点承载力刚度及有显著的影响；同时弦杆2壁厚的增大也可小幅度提高节点刚度但其对节点承载力；
　　（4）通过（1）的方法，利用无量纲参数η和ω对K型空心弯管锥头节点的刚度进行回归分析，探究节点在构造切头锥时刚度的变化趋势，并通过η-ω关系曲线得到K型空心弯管锥头节点的刚度计算公式。

目录

本文参数回归分析中使用的主要参数及其含义

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 相贯节点刚度的研究现状

1.3 超大跨度预应力正交空间管桁架钢网格结构及锥头节点

1.4 本文研究内容

第二章 有限元理论分析

2.1 有限元法

2.2 有限元模型的建立

2.3 非线性问题

2.4 几何非线性

2.5 K型空心弯管相贯节点分析中材料非线性的实现

2.6 本章小结

第三章 K型空心弯管节点刚度参数分析与计算公式

3.1节点刚度的参数分析

3.2 K型空心弯管节点刚度的参数化分析

3.3 K型空心弯管节点刚度计算公式

3.4本章小结

第四章 K型空心弯管锥头节点承载力参数分析

4.1 K型空心弯管锥头节点几何模型

4.2有限元模型

4.3 K型空心弯管锥头节点极限承载力参数化分析

4.4 本章小结

第五章 K型空心弯管锥头节点刚度参数分析

5.1节点刚度的参数分析

5.2 K型空心弯管锥头节点刚度的参数化分析

5.3 K型空心弯管锥头节点刚度计算公式

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

附录一 K型空心弯管相贯节点静力分析命令流

1K型空心弯管节点静力分析命令流

2K型空心弯管锥头节点静力分析命令流

附录二：攻读硕士学位期间发表的论文

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