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圆钢管混凝土桁架节点的极限承载力计算方法研究

邢文彬  
【摘要】:钢管桁架结构具有良好的力学性能和优美的建筑外形,在工业建筑、大跨度结构、海洋平台、桥梁结构中得到广泛应用。管节点是钢管桁架结构的关键部位,目前对钢管桁架节点进行了大量的试验和理论研究,但是对钢管混凝土桁架节点尚缺乏系统科学的设计方法。 本文通过理论分析、试验验证和数值模拟,对支管不同截面形式的圆钢管混凝土桁架节点的极限承载力计算方法进行研究,研究成果为安徽省地方标准《钢管桁架结构技术规程》中圆钢管混凝土桁架节点承载力设计条文的制定提供依据,具体工作如下: (1)分别对支管截面形式为圆形和矩(方)形的圆钢管混凝土Y形节点的极限承载力计算方法进行了研究。探讨了支管受拉、受压、受弯的圆钢管混凝土Y形节点在各种失效模式下的破坏机理,基于失效模式建立了合理的力学计算模型,提出支管截面形式为圆形或矩(方)形的圆钢管混凝土Y形节点的受拉、受压、受弯极限承载力计算方法,用现有的试验进行验证,给出了圆支管或矩(方)形支管的圆钢管混凝土Y形、X形节点在受拉支管处、受压支管处、受弯支管处的承载力设计建议公式。 (2)分别对支管截面形式为圆形和矩(方)形的圆钢管混凝土K形节点的极限承载力计算方法进行了研究。探讨了圆钢管混凝土K形节点在受拉、受压支管处发生失效模式的破坏机理,基于失效模式建立了合理的力学计算模型,提出圆支管或矩(方)形支管圆钢管混凝土K形节点在受拉、受压支管处的极限承载力计算方法,用现有的试验进行验证,给出了圆支管或矩(方)形支管的圆钢管混凝土K形、N形节点在受拉支管处、受压支管处的承载力设计建议公式。 (3)针对2010上海世博会西班牙馆中钢管半相贯节点,解析其构造特点、受力特征,对圆钢管或圆钢管混凝土半相贯节点在支管受拉处、受压处可能发生的失效模式及其极限承载力计算方法进行了深入研究。基于半相贯节点在支管破坏(屈服或屈曲)、焊缝破坏、主管管壁冲剪破坏、主管偏心扭转破坏等失效模式下的破坏机理,建立合理的力学计算模型,分别提出圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点在受拉支管处、受压支管处的极限承载力计算方法,用有限元软件ABAQUS对简化计算方法进行有效性验证,最后给出了半相贯节点的承载力设计建议公式。


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