交错桁架结构体系中节点的受力性能研究

摘要

交错桁架是一种适用于旅馆和住宅等多高层建筑的钢结构体系。目前，国内外学者对这种体系进行了一系列的理论分析，在国外也有了不少工程实践，但研究大多集中在其整体性能上，而对其内部杆件、节点板等结构构件的研究较少。本文从交错桁架结构的整体受力性能出发，系统深入地研究交错桁架中节点的受力性能，以求进一步完善这种新型结构体系的节点形式，对交错桁架体系的设计工作以及今后的发展具有十分重要的现实意义。 本文考虑材料非线性和几何非线性，用有限元法对交错桁架体系中节点的受力性能进行了系统研究，真实地模拟了在各种情况下的受力状态。通过对3个系列18个节点的计算与分析，主要研究了交错桁架体系中节点在整体结构受单调荷载及循环荷载作用时的受力性能、应力分布，以及荷载形式、荷载大小、节点板沿腹杆方向的自由长度、中部节间距等参数对节点受力性能的影响。得到的主要结论有：交错桁架体系中的薄弱位置为中榀的中部无斜腹杆节间，设计时应注意验算中部节间下弦节点板的强度和稳定性；混合式交错桁架结构中的竖腹杆应按压弯构件计算，斜腹杆应按偏心受力构件计算；循环荷载作用下，交错桁架节点板在试件破坏时的应力比单调荷载大，节点板对交错桁架的抗震性能有一定的影响；混合式交错桁架的节点板在三杆件距离较近处有明显的应力集中现象，在设计中可通过增大斜腹杆角度，增大腹杆到弦杆的距离对其进行改善；增大节点板沿腹杆轴线方向的自由长度可改善节点板上的应力集中现象，但节点板的自由长度应根据节点板的厚度进行严格的控制，以防受压时发生失稳破坏；减小混合式交错桁架中部无斜腹杆节间的节间距可提高结构承载能力。 本文所建立的有限元模型考虑问题较为全面，精度较高，能够真实地模拟交错桁架体系的受力性能。本文系统地分析了交、错桁架节点的受力性能，成果对于指导工程设计具有一定的参考价值，为交错桁架结构的进一步研究打下了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景、研究目的及意义

1.2本课题研究领域国内外的研究动态

1.2.1国外的研究状况

1.2.2国内的研究状况

1.3本文研究的主要内容

1.3.1前人研究的不足之处

1.3.2本文的研究工作

2有限元程序的选取及有限元模拟的实现

2.1非线性有限元法

2.2有限元方程的建立

2.2.1材料非线性的有限元方程

2.2.2几何非线性的有限元方程

2.3有限元程序的选取

2.4有限元模拟在程序中的实现

2.4.1材料特性和单元类型的选取

2.4.2加载制度

2.4.3求解选项设置

2.4.4破坏准则的确定

2.4.5算例验证

2.5有限元分析中采用的指标

3交错桁架结构体系中节点受力性能的有限元分析

3.1试件的设计

3.1.1基本(BASE)试件

3.1.2系列试件及相关参数

3.2有限元模型的建立

3.2.1材料性能指标的选取

3.2.2网格划分

3.2.3边界条件及加载方案

3.3有限元计算结果与分析

3.3.1基本(BASE)试件单调荷载下受力分析

3.3.2基本(BASE)试件循环荷载下受力分析

3.3.3节点板沿腹杆轴线方向的自由长度对其受力性能的影响

3.3.4改变中部空腹节间的节间距对节点受力性能的影响

4结论

4.1结论与设计建议

4.2后继工作

致谢

参考文献

附录：攻读硕士期间发表论文