采用搭接节点的方管桁架支杆平面内计算长度系数研究

摘要

我国钢结构设计规范中没有关于钢管桁架杆件计算长度系数的规定,工程中大多把采用直接焊接节点的结构作为铰接体系来看待。直接焊接搭接方管节点是空间桁架中一种常见的节点形式。研究采用搭接节点的桁架支杆稳定性是必要的。本文利用ANSYS非线性有限元分析方法，对K型搭接节点约束下桁架受压支杆端部节点转动刚度及杆件计算长度系数进行了大规模参数分析。
　　首先，本文将桁架中节点对支杆提供的转动约束简化为半刚性转动弹簧铰支座，在理论上推导了 K型搭接节点转动刚度计算公式，并结合欧拉方程，计算出了受节点转动刚度和杆件惯性矩等参数影响的桁架中受压支杆计算长度系数μ。
　　在参数分析中，本文通过近300个节点算例，全面考察了模型主要几何参数对节点转动刚度和受压支杆平面内计算长度系数的影响规律，主要包括：支弦杆宽度比β、搭接率ov、弦杆宽厚比γ、支弦杆厚度比τ、支弦杆夹角θ、整体尺寸系数C及受压支杆的长细比λ。
　　同时，本文也将参数分析得出的结论与采用间隙节点时各参数对节点转动刚度和受压支杆计算长度系数的影响趋势进行比较，总结出采用两种不同节点形式时节点转动刚度和受压支杆计算长度系数随参数变化的异同。

目录

采用搭接节点的方管桁架支杆平面内

RESEARCH ON THE IN-PLAN EFFECTIVE LENGTH FACTOR OF BRACE IN SHS TRUSS WITH OVERLAP JOINTS

摘要

Abstract

物理量名称及参数表

目录

第1章 绪论

1.1 管结构的发展和应用

1.2 直接焊接钢管的连接形式及破坏模式

1.2.1 直接焊接钢管间的连接形式

1.2.2 直接焊接钢管结构的破坏模式

1.3 直接焊接钢管结构稳定性研究

1.4 空心管结构的国内外研究现状

1.4.1 直接焊接节点的研究现状

1.4.2 杆件计算长度的研究

1.5 课题主要研究内容

第2章 方管桁架支杆计算长度系数的理论推导

2.1 概述

2.2 计算长度系数的确定

2.3 节点转动刚度的确定

2.3.1 节点转动刚度的定义及确定方法

2.3.2 节点转动刚度的理论推导

2.4 计算长度系数和转动刚度公式中杆件长度的关系

2.5 本章小结

第3章 有限元模型的建立

3.1 概述

3.2 有限元模型建立中若干问题的确定

3.2.1 单元的选取

3.2.2 应力-应变关系的确定

3.2.3 网格划分

3.2.4 支、弦杆端板厚度和刚度的确定

3.2.5 支杆搭接方式的确定

3.2.6 弦杆轴力的确定

3.2.7 边界条件

3.2.8 支、弦杆长度的确定

3.2.9 压支杆弹塑性段长度确定

3.3 模型的简化

3.4 有限元求解

3.5 本章小结

第4章 节点转动刚度的参数分析

节点转动刚度的主要影响参数

4.2 节点转动刚度的参数分析

4.2.1 长细比λ对节点转动刚度的影响

4.2.2 宽度比β对节点转动刚度的影响

4.2.3 搭接率ov对节点转动刚度的影响

4.2.4 宽厚比γ对节点转动刚度的影响

4.2.5 厚度比τ对节点转动刚度的影响

4.2.6 角度θ对节点转动刚度的影响

4.2.7 尺寸效应对节点转动刚度的影响

4.3 有限元模型的破坏模式及参数分析

4.3.1 破坏模式

4.3.2 破坏模式的参数分析

4.4 本章小结

第5章 压杆计算长度系数的参数分析

5.1 杆件长度的确定

5.2 计算长度系数的主要影响因素

5.3 计算长度系数的参数分析

5.3.1 压支杆名义长细比λ对计算长度系数的影响

5.3.2 宽度比β对计算长度系数的影响

5.3.3 搭接率ov对计算长度系数的影响

5.3.4 宽厚比γ对计算长度系数的影响

5.3.5 厚度比τ对计算长度系数的影响

5.3.6 角度θ对计算长度系数的影响

5.3.7 尺寸效应对计算长度系数的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

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致谢