建筑索结构关键节点设计与构造研究

发布时间：2020-08-02 16:36

【摘要】：在建筑索结构中,拉索作为结构中的主要承重构件之一,索节点起到在拉索与相连构件之间的传力转换站的作用,其破坏更容易造成连续性倒塌,节点设计及构造细节对结构安全性、整体性、经济性具有决定性的作用。拉索关键节点包括索夹、索鞍及索端。然而国内建筑索结构节点相关的设计规范标准尚不完善,设计人员仍须借鉴其他行业的相关规范及经验的积累来完成设计。本文主要对索端销接耳板节点和索夹节点设计构造两部分展开研究。(1)索端销接耳板节点本文对索端销接耳板式节点承载力验算的已有规范和研究文献进行汇总,对比了国内外规范对承载力验算和构造的不同规定,指出规范有待完善和改进的部分。进一步地,采用国内规范和欧洲规范设计得到不同耳板,进行尺寸和承载力对比分析;并以建筑索结构中无贴板耳板为例,进行三维实体有限元接触非线性分析,得到耳板的应力分布基本规律,并与增焊贴板的耳板进行对比,发现仅依赖围焊连接的贴板能够与主板共同受力,且改变了主板在焊脚附近的应力分布状态,为下文受拉销接耳板的承载力参数化试验和研究提供必要的理论基础。通过材料性能试验和销接耳板参数化试验,研究耳板尺寸及构造对耳板抗拉承载力的影响,并根据试验得到的荷载-位移曲线,采用调整后的CEN双折线法,求得各耳板试件的屈服承载力。根据试验结果,对国标中的耳板销孔中截面抗拉承载力计算公式、销孔前端距截面抗劈拉承载力计算公式进行调整,并提出了增焊贴板时的销孔中截面抗拉承载力公式。采用材性试验得到的材料模型和参数,考虑材性非线性、接触非线性,对参数化试验耳板进行三维实体有限元分析,得到荷载-位移曲线,并与试验得到的曲线进行对比,验证了有限元分析的准确性;对试验得到的承载力、有限元承载力、建议公式计算得到的承载力进行对比分析,验证了建议公式的合理性和可靠性。另外,从耳板承载力计算方法、销轴承载力计算方法、构造要求三部分,给出了销接耳板节点系统性的建议设计方法,为工程设计人员提供一定的参考意义。(2)索夹节点本文总结已有索夹抗滑移性能的研究成果,指出其局限性:国内外规范关于索夹设计内容不完善、规定不一致,尤其是抗滑承载力的计算和索夹抗滑试验的实施仍有待完善。本文以郑州市奥林匹克体育中心项目体育场、游泳馆为背景,对两个场馆五种索夹抗滑移试验进行设计并实施,得到试验索夹在抗滑移过程中的滑动位移和高强螺栓紧固力的变化规律、抗滑移极限承载力及综合摩擦系数。同时发现,与Galfan钢绞线夹持的索夹的综合摩擦系数高于与Galfan全封闭索夹持的索夹的综合摩擦系数。根据索夹试验结果,对李金飞~([1])给出的考虑高强螺栓预紧力损失的索夹抗滑移极限承载力计算公式进行验证分析与调整,并验证了在目前索夹试验情况下该套计算体系的合理可靠性,且归纳总结建筑索结构中索夹的建议设计方法和索夹抗滑移试验的具体操作要求。最后对本文的研究内容和主要成果进行了总结,指出本文研究的不足,并对今后建筑索结构关键节点设计和构造的研究进行展望。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU318
【图文】：

1(c) 鄂尔多斯体育馆 （d）广东佛山世纪莲体育场图 1-1 国内外索结构代表性建筑在建筑索结构中，拉索作为结构中的主要承重构件之一，索节点起到拉索及相邻构件的传力转换站的作用，其破坏更容易造成连续性倒塌。节点设计及构造细节对结构安

全性、整体性、经济性具有决定性的作用，因此必须对建筑索结构节点给予充分的重视。拉索关键节点包括索夹连接（图 1-2（a））、索鞍连接（图 1-2（b））、索端连接（图 1-2（c））。其中，索夹连接常用于索与索或索与撑杆之间的连接。索鞍为供拉索通过塔顶的支撑结构，索鞍的上座上设有弧形索槽，用于安放拉索。索端连接常用于索与支承构件及基础的连接，可通过索端锚具与直接焊接于钢构件上的耳板相连，常采用销轴连接传递索力。销轴节点以往在港口、桥梁、起重机械等行业中有着广泛应用，近年来，随着建筑形式的不断拓展，销轴节点在现代钢结构工程中得到了越来越多的应用。销轴节点具有传力明确、构造简单、施工方便等优点，同时在建筑中又比较美观，常常作为理想铰接节点应用于柱脚、拉杆以及拉索端部的连接。

悬索结构可以分为：单层悬索体系、双层悬索体系。其中，单层悬索体系包括向悬索结构（图 1-3）、单层辐射状结构（图 1-4）、单层索网结构（图 1-5、图 1单层悬索体系稳定性较差：由于其为可变体系，平衡形式随荷载分布方式而变稳定性与索内初始拉力的大小有关，索内拉力越大，结构的稳定性越好。另外，抗风能力差，屋盖上分布不均匀的风吸力，使结构的稳定性降低，当屋面较轻时能被掀起。

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本文编号：2778780