钢管桁架下弦变截面拼接节点试验研究及有限元分析

摘要

钢管结构拥有外形美观平滑、截面抗扭刚度大等特点，其最大的优点是能把人们对建筑物的功能要求、感官要求和经济效益完美地融合在一起。因此，钢管结构被广泛地应用于各类大跨度空间钢结构中。管节点的力学性能是影响钢管结构整体受力性能的关键因素，历来受到研究人员和设计人员的重视。目前国内外关于各类圆管节点的研究成果比较丰富，但是针对法兰式变截面焊接拼接节点的研究很少。为此，本文在国内外相关研究工作的基础上，以某实际工程中设计采用的变截面拼接节点为研究对象，展开了一系列的试验研究和理论分析工作。
　　 首先，测试了设计所采用钢材的力学性能，得到了钢材的弹性模量、屈服强度、抗拉强度和断后伸长率，为后续的试验研究和理论分析提供可靠的数据。
　　 其次，针对设计所采用的三类(共9个)变截面拼接节点试件进行了足尺试验研究，详细地介绍了一套独特的试验加载方案、试验过程、应变和位移的测试方法并给出了9个试件受拉状态下的破坏形态和破坏荷载。
　　 再次，探讨了变截面拼接节点受拉极限承载力有限元分析模型的建立。简单概述了结构线性和非线性问题的区别。通过分别建立变截面拼接节点试件的整体模型和独立节点模型，恰当地选择单元类型、划分网格和简化处理约束，求解得到了节点整体模型的破坏形态和独立节点单模型的极限荷载。
　　 最后，把试验研究和有限元分析得到的破坏形态、破坏荷载、荷载应变关系以及荷载位移关系进行对比，得到了一些关于此类节点设计的有益结论，验证了节点设计和计算的正确性，为类似节点的进一步研究提供参考，并为此类节点的推广应用提供理论依据。