大型全焊接预应力锚固节点试验研究

摘要

全焊接整体节点是一种适用于桁架桥梁中的新型节点，具有整体性好、外观简洁、节省钢材、施工便捷等优点。但全焊整体节点也存在着焊缝密集交叉、约束应力及焊接残余应力较大、应力集中现象明显等缺点。目前我国铁路或公路桥梁钢结构设计规范中尚无关于此类节点的设计规定。本文以上海市重大工程项目——闵浦二桥中的典型全焊接整体节点(包括上弦节点JS15、下弦节点JX18)，开展1：3模型节点在设计荷载工况、超载工况及破坏荷载工况下的受力全过程试验研究，在此基础上，进行了非线性有限元分析与关键设计参数优化分析，最后提出了有关优化设计建议。本文的研究工作主要包括以下三个部分： 一、试验研究 通过全焊接节点(上弦、下弦节点)的1：3缩尺模型试验，研究与分析其在1.0倍、1.3倍设计荷载及破坏荷载下的受力性能。重点考察了两个节点安全性、承载能力及节点区各板件上的Mises应力分布。研究表明：在设计荷载工况及超载工况下，两个节点安全可靠，各项指标均满足规范要求；节点板上，弦杆与腹杆之间、左右腹杆之间的圆弧转角处出现一定的应力集中现象；上、下翼板的应力相比其他板件的要大。 二、非线性有限元分析 采用大型通用有限元软件ABAQUS建立上弦节点JS15及下弦节点JX18的有限元模型，得到了各节点板件在设计荷载工况下的Mises应力分布规律；并且在设计荷载工况下，上弦节点JS15与下弦节点JX18的试验值与ABAQUS计算值吻合良好，有限元软件ABAQUS能准确模拟结构的受力过程，其计算结果可用于参数优化分析。 三、参数分析与优化设计 在节点有限元分析的基础上，对节点板、腹板、上翼板、下翼板进行优化分析。结果表明：增大节点板弦杆与腹杆之间圆弧半径节点板宽度之比、腹板之间圆弧半径与节点板宽度之比，能改善圆弧转角处的Mises应力集中现象；增加腹板、上翼板、下翼板的厚度能有效减小其Mises应力。 本文的研究成果将为上海闵浦二桥全焊接整体节点的设计、施工提供技术依据与基础数据，同时也可为国内类似工程的建设提供参考。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2全焊接整体节点简介

1.3全焊接整体节点主要特点

1.4全焊接整体节点工程应用

1.5本文主要研究工作

第2章全焊接整体节点国内外研究进展

2.1节点刚性研究

2.2结构几何非线性研究

2.3钢桁架结构的破坏模式研究

2.4钢桁架节点板的受力性能研究

2.5结构极限承载力研究

2.6本章小结

第3章上弦节点JS15试验研究

3.1试验目的

3.2试验模型选取

3.2.1试验节点位置

3.2.2试验节点内力

3.3试验相似比

3.4试验模型内力

3.5试件设计

3.5.1试验模型的简化

3.5.2试验模型设计

3.5.3材性试验

3.6测试方案

3.6.1测试内容

3.6.2测点布置

3.7加载方案

3.7.1加载说明

3.7.2加载制度

3.8主要试验结果

3.8.1 1.0倍工况5

3.8.2 1.3倍工况5

3.8.3 1.0倍工况3

3.8.4 1.3倍工况3

3.8.5破坏工况

3.9安全性评判与建议

3.10本章小结

第4章下弦节点JX18试验研究

4.1试验目的

4.2试验模型选取

4.2.1试验节点位置

4.2.2试验节点内力

4.3试验相似比

4.4试验模型内力

4.5试件设计

4.5.1试验模型的简化

4.5.2试验模型设计

4.6测试方案

4.6.1测试内容

4.6.2测点布置

4.7加载方案

4.7.1加载说明

4.7.2加载制度

4.8主要试验结果

4.8.1 1.0倍工况5

4.8.2 1.3倍工况5

4.8.3 1.0倍工况3

4.8.4 1.3倍工况3

4.8.5破坏工况

4.9安全性评判与建议

4.10本章小结

第5章全焊接节点有限元分析

5.1全焊接节点有限元建模

5.1.1有限元基本理论及ABAQUS简介

5.1.2有限元建模关键问题的处理

5.1.3全焊接节点有限元模型

5.2有限元计算结果与试验验证

5.2.1上弦节点JS15

5.2.2下弦节点JX18

5.3本章小结

第6章全焊接节点参数分析与优化设计

6.1优化参数选择

6.2优化试件有限元模型

6.2参数分析结果

6.2.1上弦节点JS15

6.2.2下弦节点JX18

6.3本章小结

第7章 结论与展望

7.1结论

7.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果