K型节点平面管桁架结构力学性能研究

摘要

节点作为结构的重要组成部分直接影响着结构的力学性能，从而影响结构的安全与使用，具体表现为结构的变形、各构件内力以及节点受力变化，因此对节点的力学性能研究就显得尤为重要。本文研究了平面K型管节点在支管轴向力和端弯矩作用下不同节点参数（主管管径D、主管壁厚T、支管管径d、支管壁厚t、主支管夹角θ）对节点力学性能的影响，通过数值拟合得到节点的刚度计算公式。基于梁柱理论，利用FORTRAN语言编制了平面管桁架结构计算程序，利用编制的计算程序和SAP2000软件对算例进行对比分析，得到了K型节点力学性能对平面管桁架结构力学性能的影响。本文所做主要工作如下:
　　(1)利用有限元软件ANSYS建立了平面K型管节点有限元分析模型。通过分别改变主管管径D、主管壁厚T、支管管径d、支管壁厚t以及主支管夹角θ，得到了荷载作用下节点的转角变形值。通过对大量的有限元计算结果进行数值拟合，得到平面K型管节点的刚度公式。
　　(2)引入了国外对于节点刚性连接、半刚性连接和铰接连接规定的三个分类系统。以其中的EC3分类系统为依据对平面K型管节点进行分析，提出了适用于平面K型管节点的新的节点分类系统。
　　(3)基于梁柱理论采用FORTRAN语言编制了平面管桁架结构的计算程序。
　　(4)采用编制的计算程序和SAP2000软件对依据《钢结构设计规范》节点可以按铰接处理以及需考虑节点刚度的两个算例进行对比分析。结果表明:编制的计算程序适用性较好，能够用于平面管桁架结构计算分析;节点的刚度对结构中各节点竖向位移、杆件轴向力影响很小，基本可以忽略;节点的刚度对平面管桁架弦杆端弯矩影响较大。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 管桁架结构的特点

1．2 管桁架结构的应用

1．3 管桁架结构分类

1．4 管桁架结构研究概述

1．4．1 管桁架结构国内研究状况

1．4．2 管桁架结构国外研究状况

1．5 本课题的研究内容与研究方法

2 平面k形管节点有限元分析

2．1 管节点的研究方法

2．1．1 试验研究

2．1．2 理论研究

2．2 节点有限元模型的建立

2．2．1 材料选用

2．2．2 边界条件及荷载施加

2．2．3 单元选用

2．2．4 变形及应力分布

2．3 节点力学性能的影响因素

2．3．1 支管轴力对节点转角变形的影响

2．3．2 主管管径对节点力学性能的影响

2．3．3 主管管壁厚对节点力学性能的影响

2．3．4 支管管径对节点力学性能的影响

2．3．5 支管壁厚对节点力学性能的影响

2．3．6 主支管夹角对节点力学性能的影响

2．3．7 节点刚度计算公式的得出

2．4 本章小结

3 平面管节点的理论分析

3．1 节点的分类系统

3．2 节点分析

3．3 本章小结

4 平面管桁架结构二阶弹性分析

4．1 结构计算模型

4．1．1 结构计算模型假定

4．1．2 单元分析模型

4．1．3 单元刚度矩阵推导

4．1．4 半刚性连接单元杆端内力计算

4．1．5 局部坐标与整体坐标的转换

4．1．6 收敛准则定义

4．2 计算程序的编制

4．2．1 程序流程图

4．2．2 程序使用说明

4．3 K型节点力学性能对平面管结构力学性能影响

4．3．1 算例分析(一)

4．3．1 算例分析(二)

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 研究结论

5．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢