圆腹杆-H型钢弦杆KY型相贯节点试验研究与有限元分析

摘要

本文在参考大量国内外相关文献基础上，以工程中采用的24m跨钢桁架为对象，对典型上弦节点—圆腹杆-H型钢弦杆KY型相贯节点的受力性能和影响因素进行了试验研究和有限元分析。主要内容如下： （1）相贯节点足尺试验研究 设计反力框加载装置，采用液压千斤顶加载，对典型相贯节点进行了足尺试验研究和分析。结果表明：当相贯节点达到极限状态时，节点受拉力最大腹杆处焊缝撕裂和弦杆上翼缘局部塑性破坏，极限承载力为612.9kN。各腹杆与相贯节点相连处受力复杂，形成应力集中现象，部分区域在荷载不大时已进入塑性状态。 （2）有限元建模方法及验证 本文利用ABAQUS有限元软件，提出相贯节点试验试件的单元类型、网格尺寸、边界条件、加载方式，建立了节点合理的有限元模型，并给出了极限承载力判断准则。计算结果表明：相贯节点的极限承载力与试验数据相差仅5%左右。有限元分析的破坏模式和受力性能与试验所测结果一致。证明本文所提有限元建模方法是正确和合理的。 （3）相贯节点受力性能影响因素分析 在考虑了内隐藏焊缝、加劲板及几何参数等三种影响因素的前提下，对相贯节点进行了有限元分析。结果表明：内隐藏焊缝焊接对相贯节点的破坏模式、刚度和应力分布规律几乎没有影响，但却提高了节点的极限承载力。H型钢弦杆加劲板的设置不改变相贯节点的破坏模式，但两端横向加劲板的设置却提高了节点的极限承载力和刚度。相贯节点的破坏模式受几何参数的影响较大。β1、τ1两个参数的增加可使节点的刚度、极限承载力均得到提高。 （4）相贯节点滞回性能及影响因素分析 本文采用有限元方法得到了节点的滞回曲线、骨架曲线和极限承载力等，并分析了内隐藏焊缝、加劲板以及几何参数分别对节点滞回性能的影响。结果表明：相贯节点在低周往复荷载作用下，破坏模式与静力荷载作用下的一致。与无焊接相比，内隐藏焊缝焊接相贯节点的耗能能力、极限承载力和割线刚度均得到提高。弦杆加劲板的设置降低了节点的耗能能力，但提高了节点极限承载力、割线刚度和变形能力。几何参数β1、τ1和γ的改变均对节点的耗能能力和极限承载力有不同程度的影响。 本文的研究成果可为圆腹杆-H型钢弦杆相贯节点的进一步研究提供帮助，也为未来工程应用及相关规范的编制提供参考。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 钢管结构相贯节点

1.2.1 相贯节点分类

1.2.2 相贯节点失效模式

1.2.3 相贯节点分析方法

1.3 钢管结构相贯节点的研究历程

1.3.1 圆管相贯节点

1.3.2 方管相贯节点

1.3.3 方圆管相贯节点

1.3.4 H型钢弦杆相贯节点

1.3.5 相关规范

1.4 钢管结构相贯节点研究不足

1.5 本文主要研究内容

第2章 圆腹杆-H型钢弦杆KY型相贯节点试验研究

2.1 引言

2.2 相贯节点试验试件

2.3 试验装置及加载方案

2.4 测试内容

（1）应变测量

（2）杆件轴向变形测量

（3）荷载测量

2.5 试验结果与分析

2.5.1 试验现象与破坏形式

2.5.2 荷载-应变曲线

2.5.3 荷载-轴向变形曲线

2.6 本章小结

第3章 圆腹杆-H型钢弦杆KY型相贯节点有限元分析

3.1 引言

3.2 有限元模型及求解方法

3.2.1 单元类型及网格划分

3.2.2 边界条件与加载方式

3.2.3 弦杆与腹杆长度影响

3.2.4 材料非线性

3.2.5 几何非线性

3.2.6 非线性方程组求解及收敛判断准则

3.2.7 极限承载力判断准则

3.3 有限元模型适用性分析

3.3.1 节点破坏模式及极限承载力

3.3.2 节点荷载-轴向变形曲线

3.3.3 节点应力分布和塑性区域扩展情况

3.4 本章小结

第4章 圆腹杆-H型钢弦杆KY型相贯节点受力性能影响因素分析

4.1 引言

4.2 内隐藏焊缝对相贯节点受力性能的影响

4.2.1 破坏模式及极限承载力

4.2.2 荷载-轴向变形曲线

4.2.3 应力分布

4.3 加劲板对相贯节点受力性能的影响

4.3.1 破坏模式及极限承载力

4.3.2 荷载-轴向变形曲线

4.3.3 应力分布

4.4 几何参数对相贯节点受力性能的影响

4.4.1 节点几何参数

4.4.2 改变几何参数后的计算结果

4.4.3 破坏模式

4.4.4 荷载-轴向变形曲线

4.4.5 极限承载力

4.5 本章小结

第5章 圆腹杆-H型钢弦杆KY型相贯节点滞回性能研究及分析

5.1 引言

5.2 CHKY1-N节点滞回性能分析

5.2.1 有限元模型的建立

5.2.2 CHKY1-N节点滞回性能分析

5.3 内隐藏焊缝及加劲板对相贯节点滞回性能的影响

5.3.1 滞回曲线及骨架曲线

5.3.2 极限承载力及变形能力

5.3.3 刚度退化

5.4 几何参数对相贯节点滞回性能的影响

5.4.1 节点几何参数

5.4.2β1对相贯节点滞回性能的影响

5.4.3τ1对相贯节点滞回性能的影响

5.4.4γ对相贯节点滞回性能的影响

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 本文的主要研究工作及结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间获得的科研成果