钢管结构主方支圆K型搭接节点承载力及滞回性能研究

【摘要】随着多维数控加工设备的发展,直接焊接连接的钢管桁架结构越来越得到设计师的青睐,在钢结构工程中应用广泛。本文对主方支圆钢管桁架结构进行了非线性有限元分析,主要包括主方支圆K型搭接节点承载力及滞回性能分析及带有主方支圆K节点的华伦式桁架承载力分析,具体工作如下：对48个主方支圆K型搭接节点模型进行了静力作用下的有限元数值分析,在分析过程中将两支管的加载顺序分为贯通支管受拉和贯通支管受压两种形式,以此来探究搭接处隐藏焊缝焊与不焊、搭接顺序对节点极限承载力的影响。研究结果表明：节点在隐藏焊缝焊时的承载力比其在隐藏焊缝不焊时的承载力高；在隐藏焊缝焊的情况下,贯通支管受拉还是受压对节点的极限承载力的影响不大；参数β=0.75、τ=0.8时贯通支管受拉的节点的承载力较低、节点隐藏焊缝焊比隐藏焊缝不焊时节点承载力高的比较多；其他参数的变化对两种变化情况下的节点极限承载力的影响不大。对24个主方支圆K型搭接节点模型进行了往复荷载作用下的有限元数值分析,按不同的几何参数将节点相贯处的隐藏焊缝分为焊与不焊两种情况。得到了不同焊接方式下K型节点在往复荷载作用下的滞回性能曲线,量化评价了其变形及耗能能力。研究表明：节点在支主管夹角θ影响下,随着e值的增加,节点的承载力降低,刚度降低,延性增强,耗能能力增强；节点在支主管径宽比β影响下,随着β值的增加,节点的承载力提高,刚度增加,延性减弱,耗能能力减弱；节点在支主管厚度比τ影响下,随着τ值的增加,节点的承载力提高,刚度增加,延性增强,耗能能力增强；节点在搭接率Ov%影响下,随着Ov%值的增加,节点的承载力提高,刚度增加,延性减弱,耗能能力增强；隐藏焊缝焊的节点的滞回性能不及隐藏焊缝不焊的节点的滞回性能。将K型主方支圆搭接节点还原到华伦式(Warren)桁架中,针对华伦式(Warren)桁架的不同偏心距设计了4种尺寸的桁架算例,针对各算例按隐藏焊缝焊和隐藏焊缝不焊两种情况,对华伦式(Warrent)桁架结构的破坏模式、极限承载力性能进行了研究。结果表明：隐藏焊缝不焊的桁架结构比隐藏焊缝焊的桁架结构的承载力低但差异不显著,塑形优于隐藏焊缝焊的桁架结构,偏心距、支主管夹角等对不同焊接形式下的桁架结构的承载力影响也不显著；华伦式(Warren)桁架结构的破坏模式有：节点处的局部屈曲和腹杆的整体失稳两种。本文主要创新点如下：①首次对主方支圆K型搭接节点搭接处隐藏焊缝焊与不焊隋况下的承载力性能进行了有限元分析,揭示了该节点搭接处隐藏焊缝在焊与不焊时的承载力性能。②首次对主方支圆K型搭接节点搭接处隐藏焊缝焊与不焊情况下的滞回性能进行了有限元分析,量化评价了该节点的变形耗能能力。③对带有主方支圆的华伦式(Warrant)桁架进行了承载力分析,揭示了其破坏模式。
【作者】孙昕；
【导师】杨文伟；
【作者基本信息】宁夏大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】管桁结构；主方支圆K型搭接节点；非线性有限元分析；隐藏焊缝；滞回性能；

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