【摘要】：鋼管結(jié)構(gòu)由于其出色的力學(xué)性能以及簡(jiǎn)潔美觀的造型被廣泛應(yīng)用于海洋工程、建筑工程等諸多領(lǐng)域當(dāng)中。鋼管結(jié)構(gòu)所經(jīng)常采用的連接形式之一是相貫節(jié)點(diǎn)的形式,其中各個(gè)鋼管構(gòu)件之間的連接即節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是影響著整個(gè)結(jié)構(gòu)安全的重要部分。在實(shí)際工程應(yīng)用中,簡(jiǎn)單的相貫節(jié)點(diǎn)有時(shí)不能滿足承載力或者剛度要求,需要對(duì)其進(jìn)行局部加強(qiáng)處理。本文以試驗(yàn)為基礎(chǔ),結(jié)合有限元分析方法,對(duì)采用外加勁環(huán)加強(qiáng)X形圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)在軸壓下的極限承載力、破壞模式以及各個(gè)幾何參數(shù)對(duì)于節(jié)點(diǎn)承載力的影響進(jìn)行了研究,建立了相應(yīng)的受力分析理論模型,推導(dǎo)了承載力提高系數(shù)的計(jì)算公式。本文首先設(shè)計(jì)了三組對(duì)比實(shí)驗(yàn),每組試驗(yàn)均包含一個(gè)未加強(qiáng)X形圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)與一個(gè)外加勁環(huán)加強(qiáng)X形圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn),比較了節(jié)點(diǎn)的破壞模式以及受力性能。隨后進(jìn)行了非線性有限元分析,綜合考慮了單元類型、材料屬性設(shè)置、焊縫模擬以及網(wǎng)格劃分等方面的因素,并將有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,以驗(yàn)證有限元模型的有效性。最后,本文對(duì)160個(gè)有限元模型,其中包括144個(gè)外加勁加強(qiáng)X形圓鋼管節(jié)點(diǎn)模型和16個(gè)未加強(qiáng)X形圓鋼管節(jié)點(diǎn)模型進(jìn)行了有限元參數(shù)分析,分別探究了β(支管與主管外徑比d_1/d_0)、γ(主管徑厚比d_0/2t_0)、外加勁環(huán)寬度因子_rβ(2b_r/d_0,其中br表示外加勁環(huán)寬度)以及外加勁環(huán)厚度因子τ_r(t_r/t_0,其中t_r表示外加勁環(huán)厚度)對(duì)于外加勁環(huán)加強(qiáng)X形圓鋼管節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)承載力提高系數(shù)R_e的影響,并建立屈服體分析模型,該模型認(rèn)為,在極限承載力狀態(tài)下,未加強(qiáng)X形節(jié)點(diǎn)的屈服體僅為主管和支管的相貫體,而對(duì)于外加勁環(huán)加強(qiáng)X形節(jié)點(diǎn)來說,其屈服體則為主管與支管的相貫體以及外加勁環(huán)。因此,X形節(jié)點(diǎn)承載力的提高來源于加入外加勁環(huán)之后屈服體體積的增加。再通過非線性回歸分析最后得出節(jié)點(diǎn)承載力提高系數(shù)的計(jì)算公式。最后,為了盡可能減小節(jié)點(diǎn)承載力提高的需求與建筑整體美觀之間的沖突,本文提出了兩種外加勁環(huán)的優(yōu)化方案并分別進(jìn)行了優(yōu)化效果的分析對(duì)比。得到以下結(jié)論:1.外加勁環(huán)能夠顯著提高X形圓鋼管節(jié)點(diǎn)的極限承載力以及初始剛度,三組試驗(yàn)中的外加勁環(huán)加強(qiáng)形節(jié)點(diǎn)的極限承載力比未加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)分別提高了86%、75%和58%,初始剛度分別提高了121%、145%和128%。并且有限元分析的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差在11%以內(nèi),說明有限元分析方法可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)以及未加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的受力性能。2.試驗(yàn)中觀察到兩種破壞現(xiàn)象,分別為節(jié)點(diǎn)破壞和支管的局部屈曲。其中節(jié)點(diǎn)破壞普遍存在于所有試驗(yàn)構(gòu)件上,而支管的局部屈曲現(xiàn)象僅在外加勁環(huán)加強(qiáng)型構(gòu)件中才能觀察到,而且支管的局部屈曲先于節(jié)點(diǎn)破壞發(fā)生,這說明節(jié)點(diǎn)極限承載力的提高是由于外加勁環(huán)的存在推遲了節(jié)點(diǎn)破壞的發(fā)生而實(shí)現(xiàn)的。3.參數(shù)分析結(jié)論顯示,節(jié)點(diǎn)承載力提高系數(shù)R_e隨著β值的增加而減小,但是當(dāng)β值超過0.4之后,其對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力提高系數(shù)R_e的影響大幅減小。而γ(主管徑厚比d_0/2t_0)、外加勁環(huán)寬度因子_rβ(2b_r/d_0)以及外加勁環(huán)厚度因子τ_r(t_r/t_0)均與節(jié)點(diǎn)承載力提高系數(shù)R_e呈正相關(guān)關(guān)系。由屈服體模型計(jì)算得出的節(jié)點(diǎn)承載力提高系數(shù)R_e公式中各個(gè)參數(shù)與R_e之間的關(guān)系與參數(shù)分析的結(jié)論一致,證明了屈服體模型的可靠性。4.對(duì)于縮減外加勁環(huán)尺寸的情況,當(dāng)環(huán)尺寸(寬度以及厚度)較小時(shí),兩種優(yōu)化方案的優(yōu)化效果均較好;對(duì)于增加外加勁環(huán)尺寸的情況,當(dāng)外加勁環(huán)的寬度在50mm附近且厚度較大時(shí),將取得最佳的效果。綜合來看,沿橫向縮減外加勁環(huán)寬度或沿縱向增加外加勁環(huán)尺寸的方案一的優(yōu)化效果要優(yōu)于沿縱向縮減外加勁環(huán)尺寸或沿橫向增加外加勁環(huán)寬度的方案二,在實(shí)際工程中建議優(yōu)先選用優(yōu)化方案一。
【學(xué)位授予單位】：北京建筑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU392.3
【圖文】：

1平面節(jié)點(diǎn)形式

2圖 1 2 空間節(jié)點(diǎn)形式[1]Fig. 1 2 Multiplanar tubular joints2 鋼管相貫節(jié)點(diǎn)加固方式及研究現(xiàn)狀在實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)者往往會(huì)發(fā)現(xiàn)常規(guī)的圓鋼管節(jié)點(diǎn)不能滿足承載力的需求，需其采取加強(qiáng)措施，以提高節(jié)點(diǎn)的極限承載力。圓鋼管節(jié)點(diǎn)的加強(qiáng)方式可按照其加強(qiáng)置分為內(nèi)部加強(qiáng)以及外部加強(qiáng)兩種方式，其中內(nèi)部加強(qiáng)方式又包括了內(nèi)加勁環(huán)、內(nèi)肋、混凝土填充、雙主管混凝土填充以及加厚主管壁厚等，外加方式則包括外加勁環(huán)加勁肋、墊板、環(huán)口板、FRP 以及螺栓加固等方式。目前為止，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)未加鋼管相貫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)與理論研究，提出了各類形式圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的承計(jì)算公式，為實(shí)際工程提供了參考依據(jù)。但是針對(duì)各類加強(qiáng)型節(jié)點(diǎn)的受力性能以及模式缺乏相應(yīng)的研究，還需進(jìn)行更深入和廣泛的探究。本節(jié)將對(duì)目前為止國內(nèi)外學(xué)出的圓鋼管節(jié)點(diǎn)的不同加固方式加以總結(jié)和概述。

圖 1 3 內(nèi)加勁環(huán)[5]Fig. 1 3 Internal stiffening rings圖 1 4 內(nèi)加勁肋Fig. 1 4 Internal stiffener土管相貫節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部加強(qiáng)方式即主管內(nèi)填充能夠顯著提高主管的橫向抗側(cè)力從而達(dá)到]運(yùn)用有限元分析方法研究了矩形鋼管混凝土鋼管混凝土 T 形受壓節(jié)點(diǎn)在受壓各階段下

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2783458