空间网格结构钢管—焊接空心球悬挂吊点静力及常幅疲劳性能试验和理论研究

摘要

焊接空心球节点网格结构由于其跨度大、受力合理及施工方便等特点被广泛应用于工业建筑，尤其是带悬挂吊车的工业厂房中。由于悬挂吊车的作用产生反复交变荷载，网格结构及悬挂吊点可能产生疲劳破坏。网格结构的研究主要集中在其静力性能等方面，而对其节点疲劳性能研究相对不成熟，致使国家现行相关规范对此规定仍不完善。
　　本研究主要内容包括：⑴基于太原周边实地调研，结合悬挂吊点相关的设计规范和手册等，采用正交试验设计方法，以焊接空心球直径D、焊接空心球壁厚T、钢管直径d、钢管壁厚t四个因素为变量，各个变量均按三个水平考虑，设计并加工完成9个节点试件。⑵采用MTS试验机进行了8个节点试件的静力性能试验，并采用有限元分析软件ANSYS、ABAQUS进行了9个试件的静力分析，摸清了该类节点的应力分布规律并取得了热点应力所在位置；针对“管-球”节点应力集中的主要因素进行分析讨论，得到了不同因素对其影响程度和相关性；建立了考虑焊缝焊脚尺寸折减效应的节点热点应力集中系数的计算公式。⑶采用断裂力学方法，对“管-球”节点进行常幅疲劳寿命估算，估算所得其理论疲劳寿命值低于试验疲劳寿命值；重点探讨了裂纹不同初始长度对裂纹扩展寿命的影响，得出了若初始裂纹尺寸增大十倍，则裂纹的疲劳扩展寿命缩短80％左右。⑷采用有限元软件ABAQUS的XFEM技术，选择代表性“管-球”节点进行有限元分析，得出了单次循环下裂纹出现位置和扩展方向；对比节点试验结果，提出了该类节点常幅疲劳试验关键控制参数的建议值：产生裂纹的参考位移值设置为5%△U，失效位移参考值设置为10%△U。

目录

声明

第一章 绪论

1.1疲劳的概念及研究意义

1.2焊接钢结构疲劳研究进展

1.3 空间网格结构疲劳研究进展

1.4 悬挂吊点疲劳研究进展

1.5 本文研究内容

第二章钢管-焊接空心球悬挂吊点静力性能理论及试验研究

2.1 周边实地调研

2.2 试件设计

2.3 静力试验方案

2.4 悬挂吊点静力试验

2.5悬挂吊点有限元分析

2.6 热点应力集中研究

2.7 本章小结

第三章钢管—焊接空心球悬挂吊点常幅疲劳性能研究

3.1 钢管—焊接空心球悬挂吊点常幅疲劳方案

3.2 悬挂吊点常幅疲劳试验过程

3.3 疲劳试件破坏形态

3.4 悬挂吊点疲劳试验数据及结果分析

3.5 断裂力学估算疲劳寿命方法

3.6 裂纹扩展有限元分析`

3.7本章小结

第四章 结论和建议

4.1结论

4.2建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文