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平面K型管板节点极限承载力理论分析与试验研究

发布时间:2018-08-04 14:53
【摘要】:本文研究的主要内容包括K型平面管板节点的足尺试验研究和极限承载力非线性有限元分析,其中有限元分析具体包括管板节点的轴向刚度和弯曲刚度的分析。 由于钢管(圆、方钢管)结构具有良好的抗压、弯、扭性能而被广泛应用于大开间库房、火车站候车大厅、巨型广告站牌等结构中,在这些结构当中通常作为框架结构的支撑构件或腹杆杆件。为了简化节点制作安装,避免相贯节点中主支管间相贯线复杂的焊接工作,通常将一块或多块钢板沿钢管轴向方向焊在主管管壁上,支管再与钢板通过焊接或者螺栓进行连接。管板节点构造较为简单,无需加固件,避免了复杂的施焊工艺,进而大幅度降低造价.目前此类节点在工程领域逐步得到应用。节点的极限承载能力和破坏方式研究是钢结构节点设计的关键技术问题。当前对空间相贯节点的极限承载力研究已经比较成熟,而管板节点的研究还处于起步阶段,可供参考的研究资料可谓少之又少,规范中也没有相关极限承载力的计算公式,这在一定程度上影响了管结构的推广应用。因此本文对圆钢管K型管板节点进行理论和试验研究具有重要的理论意义和实用价值。本文主要研究工作如下所述: (1)试验研究:本试验对20个圆钢管平面K型管板节点进行了试验研究,加深管板节点的认识,,了解其破坏模式。鉴于试验数据的离散性,试验重点研究了主管管壁t以及主管直径等因素对节点性能的影响,共进行了20个足尺圆钢管平面K型受弯节点试验。 (2)参数研究:参照《钢结构设计规范》GB50017-2003中K型相贯节点的极限承载力计算公式,采用通用有限元程序ANSYS对管板节点的静力工作性能做了系统的参数研究,通过参数的对比,得出各个参数对节点极限承载力的影响。最后通过数值模拟分析,回归出圆钢管K型管板节点的极限承载力计算公式 (3)数值校核:本文研究的宗旨是“数值分析模拟为主,试验为辅”,将回归出来的公式与试验数据进行对比分析,验证公式的准确性和误差。
[Abstract]:The main contents of this paper include the full-scale experimental study and nonlinear finite element analysis of ultimate bearing capacity of K-type planar tube-plate joints. The finite element analysis includes the analysis of axial stiffness and bending stiffness of tube-plate joints. Due to its good compressive, bending and torsional properties, the steel tube (circular and square steel pipe) structure has been widely used in large open storerooms, railway station waiting halls, giant advertising signs, and so on. In these structures, they are usually used as supporting members or web members of frame structures. In order to simplify the fabrication and installation of joints and avoid the complicated welding of intersecting lines between main branch tubes in the intersecting joints, one or more steel plates are usually welded along the axial direction of the steel pipe on the wall of the pipe in charge, and the branch tubes are then welded or bolted to the steel plate. The structure of tube-plate joint is relatively simple, no reinforcement is needed, the complicated welding process is avoided, and the cost is greatly reduced. At present, this kind of node is gradually applied in the engineering field. The research on ultimate bearing capacity and failure mode of joints is a key problem in joint design of steel structures. At present, the research on the ultimate bearing capacity of spacial intersecting joints is quite mature, but the research of tube-plate joints is still in its infancy. The research data for reference are very few, and there are no relevant formulas for calculating ultimate bearing capacity in the code. To a certain extent, this affects the popularization and application of pipe structure. Therefore, the theoretical and experimental study of K-type tubular joints in this paper is of great theoretical and practical value. The main research work of this paper is as follows: (1) Experimental study: in this paper, 20 circular steel pipe plane K-type tube-plate joints have been studied in order to deepen the understanding of tube-plate joints and understand their failure mode. In view of the dispersion of the test data, the influence of factors such as the tube wall t and the diameter of the tube on the performance of the joint is studied. A total of 20 full scale circular steel tube plane K-type bending joints were tested. (2) Parameter study: referring to the formula of ultimate bearing capacity of K-type joints in GB50017-2003, The static working performance of tube-plate joints is studied systematically by using the universal finite element program ANSYS. Through the comparison of the parameters, the influence of each parameter on the ultimate bearing capacity of the joints is obtained. Finally, through numerical simulation analysis, the formula of ultimate bearing capacity of K-type tubular joints is regressed. (3) numerical check: the purpose of this paper is "numerical analysis is the main thing, but experiment is auxiliary". The accuracy and error of the formula are verified by comparing the regression formula with the experimental data.
【学位授予单位】:北京建筑工程学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU392.3

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本文编号:2164225

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