泰姆科节点试验研究及铝合金单层网壳结构性能分析

发布时间：2020-02-17 09:24

【摘要】：铝合金因其质轻、耐腐蚀及良好的加工性能,使其在建筑结构的舞台上日渐受到广大学者和设计人员的认可,也发挥越来越重要的作用。其轻质高强的特点使得其在空间结构领域有巨大的发展空间,对于各类环境的适应性和优良的使用寿命越发受到人们的重视。目前,世界上应用较多的铝合金单层网壳结构节点体系为泰姆科节点体系,其是通过虎克螺栓将上下连接板与杆件的翼缘相连。现有针对泰姆科节点力学性能的系统研究较少,而节点性能又直接影响着整体铝合金单层网壳结构的性能,对整体结构的受力和变形发挥至关重要的作用。因此本文围绕泰姆科节点的性能,采用数值模拟与试验研究两者相结合的手段,开展了较为系统的分析研究,得到了一些对实际工程有借鉴作用的成果,为泰姆科节点体系的铝合金单层网壳结构未来的推广奠定一些基础。针对实际工程中使用的泰姆科节点开展了平面外足尺承载力性能试验,得到了节点的破坏形式和在弯矩作用下的转动性能以及节点的极限承载力。结合有限元精细化模拟的方法,建立泰姆科节点的有限元模型,与实际试验结果比照,证明有限元模拟的有效性和可行性。通过建立不同的有限元模型分析,得到了不同杆件截面尺寸的泰姆科节点的极限承载力。并且总结现有的试验数据,推导泰姆科节点在考虑腹板局部屈曲和腹板局部屈曲受到限制两种情况下的极限承载力公式。在网壳结构实际使用过程中,会受到例如风荷载等往复荷载的作用,而目前尚未有针对空间网壳结构节点滞回性能的试验,基于此本文对足尺的泰姆科节点开展了拟静力滞回性能试验,得到泰姆科节点在往复荷载作用下的破坏形式和耗能能力,并且建立泰姆科节点在平面外往复荷载作用的有限元模型,与试验结果进行对比。基于现有的“半刚性”节点模拟方法,以实际铝合金单层网壳结构为依托。建立考虑泰姆科节点实际转动性能的铝合金单层网壳结构整体模型和假定节点为刚接情况下的网壳结构模型,对比两种节点刚度情况下网壳结构在静力荷载作用、支座出现沉降情况以及稳定性能等方面的差异。鉴于铝合金单层网壳结构自重较轻,对风荷载比较敏感,对其在不同节点刚度下的单层网壳模型开展了风振响应的分析。由于现有关于太阳辐射作用对铝合金网壳结构影响的研究较为匮乏,结合铝合金单层网壳结构实际工程背景,建立其在太阳辐射作用下的非均匀温度场,之后将不同时间段的温度激励施加到网壳结构中,对比分析铝合金网壳结构和钢网壳结构在非均匀温度场作用下的结构变形和杆件内力情况,结果发现太阳辐射下的非均匀温度场对两种材料的网壳结构均有十分显著的影响。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU399

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本文编号：2580374