發(fā)布時間：2017-11-04 17:15

  本文關鍵詞：大跨度鋼結(jié)構選型、設計分析及關鍵節(jié)點試驗研究

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【摘要】：隨著我國機場航站樓、高鐵站房、體育場館和會展中心等大型公共建筑的大量興建,對大跨度空間鋼結(jié)構的設計與建造技術提出了更高要求,特別是在結(jié)構選型和關鍵節(jié)點方面。然而,目前基于結(jié)構性能的大跨度鋼結(jié)構選型研究、復雜關鍵節(jié)點研究相對較少,我國相關設計規(guī)范標準尚不能完全滿足工程設計需要,存在設計理論和方法不完善、試驗數(shù)據(jù)不充分等問題,導致大跨鋼結(jié)構設計存在不合理、造價偏高等問題。因此,對大跨度鋼結(jié)構選型分析,以及其關鍵節(jié)點的試驗研究具有重要的理論意義和工程應用價值。本文對國內(nèi)外大跨度鋼結(jié)構研究現(xiàn)狀進行了分析總結(jié),以三個工程實例為背景,基于滿足結(jié)構性能的思想,采用理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究相結(jié)合的方法對大跨度鋼結(jié)構的選型、設計分析以及其關鍵節(jié)點等進行了深入研究。主要研究工作和成果如下：(1)大跨度大空間鋼結(jié)構選型和分析研究�；谀吃囼炛行拇罂缍却罂臻g鋼結(jié)構工程,本文提出了三種結(jié)構體系選型,并分別對其結(jié)構性能和經(jīng)濟指標進行了比較,優(yōu)選出新型平面桁架拱斜交組成的雙層網(wǎng)殼結(jié)構體系。進而采用基于結(jié)構性能的設計方法,考慮了風、溫度和地震作用的影響,對選定的結(jié)構方案進行分析研究,結(jié)果表明平面桁架拱斜交組成的雙層網(wǎng)殼結(jié)構性能優(yōu)良,經(jīng)濟適用,其縱橫向剛度分配較均勻,空間作用較明顯,整體穩(wěn)定性好,并具有良好的抗連續(xù)性倒塌能力。(2)大跨度鋼管桁架結(jié)構選型分析研究。本文在對國內(nèi)外既有的航站樓結(jié)構體系進行分析的基礎上,結(jié)合合肥新橋國際機場航站樓建筑特點,首次提出了立體鋼管桁架—箱型截面曲梁與箱型柱組成的新型鋼框架結(jié)構,并與其他兩種傳統(tǒng)的框架結(jié)構進行基于結(jié)構性能和經(jīng)濟性的對比,分析表明新型結(jié)構性能更好,更加經(jīng)濟適用。隨后建立了完整結(jié)構模型并進行抗震性能化分析,同時考慮行波效應,進行了多點輸入響應分析,此外還考慮了索網(wǎng)點支式玻璃幕墻對結(jié)構主體選型的影響。結(jié)果表明新型框架結(jié)構具有良好的抗震、抗風性能,具有良好的延性,滿足規(guī)范各項要求。(3)大跨度鋼結(jié)構轉(zhuǎn)換節(jié)點選型和試驗研究�；诤戏市聵驀H機場航站樓大跨度鋼結(jié)構工程,本文對連接立體桁架梁與箱型截面柱的轉(zhuǎn)換節(jié)點提出了三種設計方案,并分別對其承載性能和經(jīng)濟指標進行了比較,優(yōu)選出一種構造簡單、剛度較連續(xù)、施工安裝較方便的轉(zhuǎn)換節(jié)點。然后對該節(jié)點不斷進行有限元重分析和構造調(diào)整,給出了滿足承載性能和便于施工的轉(zhuǎn)換節(jié)點設計。同時對該轉(zhuǎn)換節(jié)點的承載力進行了試驗研究,將其有限元分析結(jié)果與試驗測試結(jié)果進行了對比分析,表明轉(zhuǎn)換節(jié)點具有良好的延性,滿足節(jié)點強度和變形指標的要求,并有足夠的安全儲備。轉(zhuǎn)換節(jié)點在合肥新橋國際機場航站樓工程中得到了首次應用。(4)大跨度重載下銷軸節(jié)點承載性能的試驗研究和數(shù)值模擬。山東鄒城國際會展中心大跨度鋼結(jié)構在樓面重荷載條件下,首次應用了銷軸節(jié)點連接。文中以此大型結(jié)構中鋼柱與鋼桁架連接的銷軸節(jié)點為例,選擇四組1：2縮尺模型試件,設計了試驗裝置和加載系統(tǒng),進行了承載性能的破壞試驗,得到了銷軸節(jié)點的承載力及其破壞形態(tài)。并采用有限元法模擬了節(jié)點加載試驗過程,有限元計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合,從而掌握了銷軸節(jié)點的承載性能。研究結(jié)果表明,選用的銷軸節(jié)點相對于設計荷載工況具有相當大的安全系數(shù)和強度儲備,滿足了承載力及正常使用要求。通過對大跨度鋼結(jié)構的結(jié)構選型分析研究,掌握了基于結(jié)構性能的大跨度鋼結(jié)構選型方法；通過轉(zhuǎn)換節(jié)點和銷軸節(jié)點等關鍵節(jié)點的承載性能研究,獲得了這些節(jié)點結(jié)構正常的工作性能、強度裕度以及設計方法。本文關于結(jié)構選型的分析研究方法以及轉(zhuǎn)換節(jié)點、銷軸節(jié)點研究和力學分析方法可供類似工程參考,其研究結(jié)果可為相關規(guī)范提供技術數(shù)據(jù)。
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU393.3

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本文編號：1140361