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空间管节点承载力的非线性分析与试验研究

祝磊  
【摘要】:钢管结构构造简洁,造型优美,常用于大跨度钢结构体系中。节点采用管件直接焊接,存在较为严重的应力集中。钢管节点承载力研究一直是国内外的热点。本文介绍了管节点承载力的研究现状,概述了国内外相关规范关于管节点承载力计算的内容,应用有限元方法进行了节点承载力的参数分析。研究内容包括: (1)TX型圆管节点在空间作用下的承载力。分析了节点在平面外弯矩作用下的承载力,结合圆环模型和非线性回归分析,得出了承载力计算公式。在此基础上,分析了节点在组合弯矩作用下的承载力,并将平面节点的承载力公式推广到空间节点。 (2)荷载路径对TX型圆管节点轴向承载力的影响。研究表明,不同荷载路径对TX型圆管节点轴向承载力的影响是可以忽略的。 (3)弦管轴向应力对TX型圆管节点轴向承载力的影响。弦管压应力总是降低节点承载力。而拉应力较小时,节点承载力可能反而升高;只有当拉应力较高时,承载力才降低,但降低程度小于压应力的情况。 (4)弦管轴向应力对TX型矩形管节点和XX型矩形管节点轴向承载力的影响。弦管压应力总是降低节点承载力,但拉应力对承载力的影响基本上可以忽略。 (5)弦管长度和边界条件对TT型圆管节点轴向承载力的影响。这两个因素对第一种破坏模式的节点的承载力影响较为显著,而对第二种破坏模式的节点的承载力影响很小。 (6)结合江西吉安白鹭大桥工程,提出了吊索与钢管拱焊接节点,采用ANSYS建模分析了三种节点方案在不同荷载工况下的应力和变形特征以及承载性能。在有限元分析的基础上,进行了足尺节点的承载力试验,监测了应力和变形状态,并与有限元计算结果作了对比,证明节点设计受力合理,满足工程要求。


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