大跨度钢结构选型、设计分析及关键节点试验研究

发布时间：2017-11-04 17:15

  本文关键词：大跨度钢结构选型、设计分析及关键节点试验研究

  更多相关文章： 大跨度 钢结构 结构选型 结构分析 转换节点 销轴节点 试验

【摘要】：随着我国机场航站楼、高铁站房、体育场馆和会展中心等大型公共建筑的大量兴建,对大跨度空间钢结构的设计与建造技术提出了更高要求,特别是在结构选型和关键节点方面。然而,目前基于结构性能的大跨度钢结构选型研究、复杂关键节点研究相对较少,我国相关设计规范标准尚不能完全满足工程设计需要,存在设计理论和方法不完善、试验数据不充分等问题,导致大跨钢结构设计存在不合理、造价偏高等问题。因此,对大跨度钢结构选型分析,以及其关键节点的试验研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文对国内外大跨度钢结构研究现状进行了分析总结,以三个工程实例为背景,基于满足结构性能的思想,采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法对大跨度钢结构的选型、设计分析以及其关键节点等进行了深入研究。主要研究工作和成果如下：(1)大跨度大空间钢结构选型和分析研究。基于某试验中心大跨度大空间钢结构工程,本文提出了三种结构体系选型,并分别对其结构性能和经济指标进行了比较,优选出新型平面桁架拱斜交组成的双层网壳结构体系。进而采用基于结构性能的设计方法,考虑了风、温度和地震作用的影响,对选定的结构方案进行分析研究,结果表明平面桁架拱斜交组成的双层网壳结构性能优良,经济适用,其纵横向刚度分配较均匀,空间作用较明显,整体稳定性好,并具有良好的抗连续性倒塌能力。(2)大跨度钢管桁架结构选型分析研究。本文在对国内外既有的航站楼结构体系进行分析的基础上,结合合肥新桥国际机场航站楼建筑特点,首次提出了立体钢管桁架—箱型截面曲梁与箱型柱组成的新型钢框架结构,并与其他两种传统的框架结构进行基于结构性能和经济性的对比,分析表明新型结构性能更好,更加经济适用。随后建立了完整结构模型并进行抗震性能化分析,同时考虑行波效应,进行了多点输入响应分析,此外还考虑了索网点支式玻璃幕墙对结构主体选型的影响。结果表明新型框架结构具有良好的抗震、抗风性能,具有良好的延性,满足规范各项要求。(3)大跨度钢结构转换节点选型和试验研究。基于合肥新桥国际机场航站楼大跨度钢结构工程,本文对连接立体桁架梁与箱型截面柱的转换节点提出了三种设计方案,并分别对其承载性能和经济指标进行了比较,优选出一种构造简单、刚度较连续、施工安装较方便的转换节点。然后对该节点不断进行有限元重分析和构造调整,给出了满足承载性能和便于施工的转换节点设计。同时对该转换节点的承载力进行了试验研究,将其有限元分析结果与试验测试结果进行了对比分析,表明转换节点具有良好的延性,满足节点强度和变形指标的要求,并有足够的安全储备。转换节点在合肥新桥国际机场航站楼工程中得到了首次应用。(4)大跨度重载下销轴节点承载性能的试验研究和数值模拟。山东邹城国际会展中心大跨度钢结构在楼面重荷载条件下,首次应用了销轴节点连接。文中以此大型结构中钢柱与钢桁架连接的销轴节点为例,选择四组1：2缩尺模型试件,设计了试验装置和加载系统,进行了承载性能的破坏试验,得到了销轴节点的承载力及其破坏形态。并采用有限元法模拟了节点加载试验过程,有限元计算结果与试验结果吻合,从而掌握了销轴节点的承载性能。研究结果表明,选用的销轴节点相对于设计荷载工况具有相当大的安全系数和强度储备,满足了承载力及正常使用要求。通过对大跨度钢结构的结构选型分析研究,掌握了基于结构性能的大跨度钢结构选型方法；通过转换节点和销轴节点等关键节点的承载性能研究,获得了这些节点结构正常的工作性能、强度裕度以及设计方法。本文关于结构选型的分析研究方法以及转换节点、销轴节点研究和力学分析方法可供类似工程参考,其研究结果可为相关规范提供技术数据。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU393.3

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