单层网壳结构中圆钢管滞回性能的数值分析与试验研究

摘要

圆钢管作为一种主要杆件形式，被广泛应用于网壳等空间结构中。与其他截面形式相比，圆钢管的优势尤为突出：它的材料利用合理、刚度大、抗扭性能好且便于施工。随着网壳结构在我国日益广泛的应用，它的抗震性能研究越来越重要，作为主要杆件形式的圆钢管的滞回性能研究也很有必要。本文对圆钢管压弯构件滞回性能进行大规模数值分析和试验研究。
　　 本文运用有限元分析软件ANSYS的SHELL181板壳单元建立了圆钢管数值分析模型，并对此模型应用于圆钢管构件在循环弯矩作用下滞回性能分析的正确性做出验证。
　　 对单层网壳结构中圆钢管构件在常轴力、循环弯矩作用下的滞回性能进行了大量数值分析。通过对构件滞回曲线、骨架曲线、极限承载力、延性系数及能量耗散系数的分析，探讨了不同长细比下初始几何缺陷、不同径厚比下初始几何缺陷及截面大小等参数对构件滞回性能的影响，为试验研究提供一定的参考价值。
　　 本文完成6个圆钢管构件常轴力、循环弯矩作用下滞回性能试验研究。通过试验现象、滞回曲线、局部屈曲、耗能情况、骨架曲线、延性性能和极限承载力等几个方面，对比分析了径厚比、轴压比和焊接球等因素对试验试件滞回性能的影响；所获的结论和建议对此类构件的抗震设计有一定的参考价值。
　　 本文提出了圆钢管压弯构件骨架曲线模型，与数值计算和试验结果比较，结果表明吻合状况良好。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 常轴力压弯构件滞回性能的国内研究现状

1.2.2 常轴力压弯构件滞回性能的国外研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 理论分析模型的建立与计算精度验证

2.1 有限元分析软件ANSYS简介

2.2 ANSYS有限元建模

2.2.1 计算简图

2.2.2 选取单元类型

2.2.3 几何非线性

2.2.4 本构关系

2.2.5 非线性有限元方程的求解

2.2.6 后处理

2.3 ANSYS程序计算精度验证

2.4 本章小结

3 单层网壳中圆钢管压弯构件滞回性能分析

3.1 概述

3.2 加载制度

3.3 有限元计算模型

3.4 圆钢管压弯构件参数分析

3.4.1 不同长细比下初始几何缺陷对构件滞回性能的影响

3.4.2 不同径厚比下初始几何缺陷对构件滞回性能的影响

3.4.3 截面大小对构件滞回性能的影响

3.5 本章小结

4 单层网壳中圆钢管压弯构件滞回性能试验研究

4.1 试验概况

4.1.1 试验目的

4.1.2 试件设计

4.1.3 加载设备及测试仪器

4.1.4 试验加载装置

4.1.5 测点布置

4.1.6 材性试验

4.2 试验加载制度及研究内容

4.2.1 加载制度

4.2.2 试验研究内容

4.3 试验结果

4.3.1 滞回曲线与试验照片

4.3.2 局部屈曲

4.3.3 耗能情况

4.4 试验结果分析

4.4.1 试件参数分析

4.4.2 破坏机理分析

4.5 试验理论对比分析

4.6 本章小结

5 单层网壳中圆钢管压弯构件骨架曲线模型

5.1 概述

5.2 骨架曲线模型

5.2.1 骨架曲线模型的建立

5.2.2 骨架曲线模型与数值计算对比

5.2.3 骨架曲线模型与试验结果对比

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

作者简历

学位论文数据集