直接焊接T型矩形管节点平面外抗弯刚度的研究

摘要

直接焊接T型矩形管节点常用于空腹桁架中,当支管与主管宽度比<0.85时,支管在平面外弯矩作用下,T型节点表现出平面外抗弯半刚接的性质。为了在实际工程中能够准确建立结构的整体模型、确定杆件的计算长度和分析结构的整体稳定性,本文对T型矩形管节点平面外的初始抗弯刚度、屈服后抗弯刚度和屈服荷载进行定量分析,并最终拟合出节点平面外抗弯刚度计算公式,便于实际工程的应用。本文具体工作如下:
　　(1)建立T型节点在平面外弯矩作用下塑性铰线模型,将主管对支管的支撑作用用六个变截面的刚性杆代替。根据基本力学模型,运用结构力学,从理论模型的角度推导出T型节点的平面外抗弯刚度公式。
　　(2)采用SHELL181单元建立ANSYS有限元模型,考虑了边界条件、几何非线性、材料非线性和截面的圆角效应等因素,并对建模方法进行了验证,在此基础上对T型节点进行参数分析。运用单变量参数分析法分析无量纲参数=1/0、=1/0、=0/20、=1/0(其中0、0是决定节点几何尺寸的因子)的影响。找出各个参数对平面外抗弯刚度和屈服荷载的影响,并建立简单的力学模型对其进行合理解释。
　　(3)在塑性铰线模型的基础上,运用多元回归分析法对支管在纯弯荷载作用下平面外抗弯刚度和屈服荷载的计算公式进行拟合。对于不同屈服点的钢材,较低的钢材屈服点会使T型节点在平面外弯矩作用下提前进入塑性,导致屈服后刚度降低,因此本文对屈服后刚度公式提出屈服点修正系数。
　　(4)对复合受力状态下的T型节点平面外抗弯刚度进行分析,分别考虑了主管所受轴向力、主管所受平面内弯矩及平面外弯矩、支管轴力复合作用下对节点平面外初始抗弯刚度、屈服后抗弯刚度和屈服荷载的影响。研究表明,支管轴力对节点初始抗弯刚度有影响,主管轴向压力、主管平面内弯矩和支管轴力对节点屈服后抗弯刚度有明显影响。本文采用在支管纯弯状态下各个公式的基础上乘以相应的修正系数的方法来考虑复合受力对节点平面外抗弯刚度的影响。

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第1章 绪 论

1.1 钢管结构与直接焊接节点概述

1.2 直接焊接节点研究现状

1.3 本课题的研究意义和研究内容

第2章 T型矩形管节点有限元分析模型的建立

2.1 引言

2.2 单元类型的选择

2.3 有限元模型有效性的验证

2.4 本文有限元模型的建立

2.5 本章小结

第3章 T型矩形管节点平面外抗弯刚度几何影响因素分析

3.1 引言

3.2 T型节点平面外抗弯刚度和屈服荷载的定义

3.3 T型节点平面外抗弯刚度塑性铰线模型的建立

3.4 几何影响因素对T型矩形管节点平面外抗弯性能的影响

3.5 几何因素影响下T型节点平面外抗弯相关公式拟合

3.6 钢材屈服点对T型节点平面外抗弯性能的影响及公式修正

3.7 本章小结

第4章 T型节点受力状态对平面外抗弯性能的影响

4.1 引言

4.2 主管受轴力作用对T型节点平面外抗弯性能的影响

4.3 主管受平面内弯矩对T型节点平面外抗弯性能的影响

4.4 主管受平面外弯矩对T型节点平面外抗弯性能的影响

4.5 支管所受轴力对T型节点平面外抗弯刚度的影响

4.6 本章小结

结论

参考文献

附录

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