平面K型管板节点抗弯刚度及节点板稳定承载力研究

摘要

本文研究的主要内容为平面K型管板节点抗弯刚度非线性有限元分析和节点板稳定承载力研究两部分。 目前，国内外在对钢管节点的抗弯刚度进行研究时，均假定节点处于弹性小变形阶段，忽略杆件轴力对节点刚度的影响，而把主管与支管的相对几何关系作为节点刚度的控制因素。但实际上，钢管节点的局部变形与轴力的方向和大小有关，轴力大小会显著影响节点抗弯刚度。 因此，本文在对K型管板节点在平面内弯矩作用下的抗弯刚度进行非线性有限元分析时，不仅考虑了主管与支管的相对几何关系，而且还考虑主管与支管的轴向应力对节点抗弯刚度的影响。详细分析了各因素对节点抗弯刚度的影响，并在大量有限元算例的基础上，采用回归分析得出了K型管板节点的抗弯刚度计算公式。 在我国《钢结构设计规范》(GB50017-2003)附录F中介绍了桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定计算。《钢结构设计规范》中假定受压区节点板分成三个区同时受压，把各个区当成轴心受压构件分别计算其稳定性。实际上，腹杆弯矩的存在会导致三个区中的边上两个区分别承受压应力和拉应力，对于承受拉应力的那个区而言，腹杆弯矩的存在是有利的；对于承受压应力的那个区而言，腹杆弯矩的存在是不利的。但是，《钢结构设计规范》中只考虑了腹杆轴力的影响，并没有考虑腹杆弯矩的影响。 因此，本文在对平而K型管板节点的节点板稳定承载力进行分析时，考虑腹杆轴力与弯矩的共同作用，假定受压区节点板分成三个区同时承受外力，把受压区当成轴心受压构件计算其稳定性，并提出平面K型管板节点在斜腹杆压力作用下节点板的稳定承载力计算公式。然后，与按照小挠度理论计算的稳定承载力计算公式进行了对比。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2 K型管板节点的形式与特点

1.3管节点抗弯刚度的研究历史与现状

1.4管节点节点板稳定承载力的研究历史与现状

1.5管板节点抗弯刚度及节点板稳定承载力研究中存在的问题

1.6本文研究的主要内容

第2章 K型管板节点抗弯刚度有限元理论

2.1概述

2.2弹塑性大挠度分析的基本理论

2.2.1弹性理论

2.2.2塑性理论

2.3非线性问题分类

2.3.1几何非线性分析

2.3.2材料非线性分析

2.3.3单元刚度矩阵的建立

2.4有限元程序分析流程

2.4.1有限元程序前处理模块

2.4.2有限元程序求解模块

2.4.3有限元程序后处理模块

2.5 K型管板节点有限元模型的建立

2.5.1计算单元的选取及其单元的特性

2.5.2材料本构关系及网格划分

2.5.3边界条件、加载方案及求解器的选择

2.6有限元模型校核

2.6.1国内外试验资料

2.6.2有限元模型校核

第3章 K型管板节点抗弯刚度的研究

3.1管板节点抗弯刚度的研究方法与确定方法

3.1.1管板节点抗弯刚度的研究方法

3.1.2管板节点抗弯刚度的确定方法

3.2各个参数对抗弯刚度的影响

3.2.1 K型管板节点的参数设置

3.2.2主管直径D对节点抗弯刚度的影响

3.2.3支管与主管的夹角θ对节点抗弯刚度的影响

3.2.4主管径厚比γ对节点抗弯刚度的影响

3.2.5支管与主管直径比β对节点抗弯刚度的影响

3.2.6节点板厚与主管壁厚比τp对节点抗弯刚度的影响

3.2.7支管壁厚与主管壁厚比τw对节点抗弯刚度的影响

3.2.8支管插入板的长度与支管直径比v对节点抗弯刚度的影响

3.2.9受压支管轴向应力σ1对节点抗弯刚度的影响

3.2.10受拉支管轴向σ2对节点抗弯刚度的影响

3.2.11主管轴向应力σ3对节点抗弯刚度的影响

3.2.12支管弯曲应力σM1、σM2对节点抗弯刚度的影响

3.3小结

第4章 K型管板节点抗弯刚度回归公式

4.1回归分析概述

4.2多元线性回归分析

4.3最小二乘法原理

4.4 K型管板节点抗弯刚度回归公式

第5章 节点板的稳定承载力研究

5.1节点板的稳定问题概述

5.1.1我国《钢结构设计规范》中的相关内容

5.1.2小挠度理论概述

5.2计算简图及基本假定

5.2.1各区外部荷载的基本假定

5.2.2参照《规范》附录F计算的基本假定

5.2.3按小挠度理论计算的基本假定

5.3斜腹杆轴向压力N传到各区上的力

5.4斜腹杆弯矩M传到边上两区上的力

5.5参照《规范》附录F的稳定承载力计算公式

5.5.1各区长细比

5.5.2稳定承载力计算公式

5.6按照小挠度理论分析的稳定承载力计算公式

5.6.1用瑞利—里兹法求解均匀受压的三边简支板

5.6.2求解均匀受压的四边简支板

5.6.3各区边界约束

5.6.4稳定承载力计算公式

5.7两种计算方法的对比

结论

参考文献

致 谢