直接焊接的冷弯薄壁矩形管桁架的足尺试验研究

摘要

直接焊接矩形管结构设计的关键技术问题是节点极限承载力的计算，此项研究在我国正方兴未艾，研究层面比较全面深入，发表了大量有关的研究成果，但限于研究经费及试验条件，研究工作大多集中于电脑模拟和个别节点试验，研究成果缺乏足尺试验验证。本文中从施工现场随机抽查一榀桁架，在结构试验室进行足尺破坏试验，在桁架杆件和节点设置应变测点100点，节点的垂直位移测点9点，水平位移测点2点，转角测点4点，以验证其结构安全度及节点设计的合理性。试验得出了许多有实际价值的成果，试验数据与理论值吻合较好，同时对现有规范的各项公式进行了深入的分析，为今后的矩形管桁架设计提供了大量理论依据，并可为我国矩形管结构规范、规程的进一步修订，提供足尺试验依据。本文主要研究工作如下所述：
　　 (1)计算模型的试验验证；通过对桁架杆件强度计算、次应力影响和桁架刚度分析，对比验证了足尺桁架试验数据与理论计算值的吻合程度，得出：按铰接的桁架模型计算出的桁架内力，完全可用于工程设计，在弹性设计阶段，试验偏差值较小，试验值与理论计算值吻合较好。实测数据表明，桁架次应力占理论计算杆件的轴向应力比例很小，可以忽略不计。按铰接模型计算出的桁架最大竖向挠度缩小1.15倍用于工程设计是可行的。
　　 (2)试验研究：一榀桁架的破坏，主要为桁架杆件破坏和桁架节点破坏，根据试验中观察到的桁架破坏特征，结合足尺试验数据确定整体桁架的设计承载力、极限破坏荷载，并与理论推导值进行比较，以了解桁架的设计安全度和设计合理性，为今后桁架设计提供试验依据。试验发现：桁架的设计，不仅应考虑杆件的强度设计，同时应重视桁架节点的设计。往往桁架节点的破坏，是造成桁架整体破坏的直接原因。足尺试验得到的桁架设计承载力为理论推导值的1.14倍，桁架极限破坏破坏荷载值为理论承载力设计值的1.88倍。桁架节点采取加强措施后，对不同的节点型式，节点承载力提高幅度不同。如果桁架整体破坏由杆件强度控制，考虑冷弯效应的影响，桁架承载力的提高是明显的。按现行规范(GB50017-2003)、(50018-2002)分析所得的桁架杆件及节点承载力数值，能真实的反映桁架的破坏特征，理论与试验结果吻合较好。
　　 (3)参数研究：我国现行规范(GB50017-2003)首次将矩形管节点极限承载力设计列入规范条文，本文针对规范所列各种节点型式的计算公式，进行了大量的算例分析，从中得出各节点参数对节点极限承载力影响的一些规律，为设计人员更好的理解规范、应用规范提供参考。

目录

1国内外管结构的研究现状

2方管桁架结构的理论分析模型及结果

3足尺桁架试验目的、试验方法及试验成果

4试验结果的理论分析

5结论、建议和展望

参考文献

致 谢

附 录

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