發(fā)布時(shí)間：2018-02-09 03:13

  本文關(guān)鍵詞： 鋁合金結(jié)構(gòu) 平板格柵結(jié)構(gòu) 板式節(jié)點(diǎn) 支座節(jié)點(diǎn) 環(huán)槽鉚釘 搭接連接 接觸模型 摩擦系數(shù) 試驗(yàn)研究 數(shù)值模擬 破壞形態(tài)　出處：《浙江大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：板式節(jié)點(diǎn)是單層鋁合金網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的重要連接節(jié)點(diǎn)形式,多應(yīng)用于以薄膜內(nèi)力為主的單層曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中。目前關(guān)于此類節(jié)點(diǎn)受力性能和設(shè)計(jì)方法的研究還非常有限。近年來(lái)國(guó)內(nèi)一些重要工程開(kāi)始將板式節(jié)點(diǎn)應(yīng)用于以受彎為主的平板型屋蓋格柵結(jié)構(gòu)中,這也使得對(duì)板式節(jié)點(diǎn)受力性能和承載能力的研究工作變得迫切。本文結(jié)合實(shí)際工程,對(duì)平板型鋁合金格柵結(jié)構(gòu)板式節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究和數(shù)值分析,重點(diǎn)調(diào)查該類節(jié)點(diǎn)的工作機(jī)理、有限元模擬方法、受力性能和破壞形式。本文工作包括以下五個(gè)方面：(1)通過(guò)拉伸試驗(yàn)得到了6061-T6鋁合金材料和304HC不銹鋼材料的力學(xué)性能參數(shù),并測(cè)定了環(huán)槽鉚釘?shù)念A(yù)緊力。對(duì)4組12個(gè)鋁合金板件環(huán)槽鉚釘搭接連接進(jìn)行抗剪試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)該類連接的破壞模式有環(huán)槽鉚釘剪切破壞、板件孔壁承壓破壞、板件頂端縱向撕裂破壞與側(cè)邊橫向撕裂破壞四種。在剪力作用下,環(huán)槽鉚釘連接的荷載-位移曲線存在摩擦段、滑移段、承壓段和強(qiáng)化段四個(gè)特征階段,可取其彈性段終值作用抗剪承載力設(shè)計(jì)值,此時(shí)極限承載力和設(shè)計(jì)承載力的比值大約為2.3,且該搭接連接屬于承壓型連接。(2)在環(huán)槽鉚釘連接抗剪試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,借助有限元軟件ABAQUS對(duì)該類連接試件的數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,考察了實(shí)體單元類型、網(wǎng)格密度、接觸面摩擦系數(shù)大小對(duì)數(shù)值模型準(zhǔn)確性的影響。根據(jù)擬合結(jié)果,建議鋁合金板件間的摩擦系數(shù)取0.25,鋁合金板件與不銹鋼環(huán)槽鉚釘間的摩擦系數(shù)取0.15。指出采用非協(xié)調(diào)實(shí)體單元比單純提高網(wǎng)格密度更能有效減小計(jì)算值和試驗(yàn)值的差距。進(jìn)一步對(duì)兩種雙鉚釘搭接連接試件進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試,同時(shí)按上述方法進(jìn)行有限元分析。發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果和有限元計(jì)算結(jié)果的荷載-位移曲線、宏觀變形形態(tài)和各測(cè)點(diǎn)應(yīng)變值,均能較好的吻合,驗(yàn)證了本文針對(duì)此類搭接連接提出的有限元建模方法的準(zhǔn)確性和有效性。(3)結(jié)合實(shí)際工程,對(duì)兩個(gè)足尺板式節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行試驗(yàn)研究和有限元分析�？疾炝思虞d過(guò)程中試件的變形和應(yīng)力發(fā)展情況、破壞形態(tài)�？梢园l(fā)現(xiàn),由于環(huán)槽鉚釘?shù)念A(yù)緊力有限,使得蓋板和工字鋁翼緣板間的摩擦力在加載早期就被克服,兩者之間產(chǎn)生明顯的滑移。測(cè)得的滑移量曲線呈現(xiàn)出摩擦段、滑移段和承壓段三個(gè)特征階段,鉚桿與鉚孔之間的間隙也與滑移段的滑移量數(shù)值相當(dāng)。進(jìn)一步基于環(huán)槽鉚釘搭接連接的有限元建模方法建立整體板式節(jié)點(diǎn)的數(shù)值模型,模擬兩個(gè)試件的加載過(guò)程�？梢园l(fā)現(xiàn),有限元計(jì)算結(jié)果不論是在節(jié)點(diǎn)豎向位移這類宏觀響應(yīng)指標(biāo)上,還是在滑移曲線和測(cè)點(diǎn)應(yīng)變曲線等微觀指標(biāo)上均與試驗(yàn)結(jié)果有很高的吻合度。(4)基于通過(guò)可靠性驗(yàn)證的板式節(jié)點(diǎn)有限元建模方法,對(duì)標(biāo)準(zhǔn)板式節(jié)點(diǎn)在典型內(nèi)力工況下的受力性能、破壞形態(tài)進(jìn)行數(shù)值分析。研究表明,板式節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)包括工字鋁腹板局部屈曲、工字鋁翼緣薄弱截面強(qiáng)度破壞、蓋板薄弱截面強(qiáng)度破壞三種。節(jié)點(diǎn)各桿件所承受剪力和彎矩的相對(duì)大小是影響其承載力的關(guān)鍵因素,而桿件存在較大剪力則是誘發(fā)板式節(jié)點(diǎn)易發(fā)生桿端腹板局部屈曲破壞的主因。當(dāng)單根桿件承受內(nèi)力為彎矩主導(dǎo)(剪彎比小)時(shí),節(jié)點(diǎn)易發(fā)生沿桿件翼緣薄弱截面的強(qiáng)度破壞。而當(dāng)與節(jié)點(diǎn)相連桿件同時(shí)出現(xiàn)較大的彎矩時(shí),則節(jié)點(diǎn)易發(fā)生蓋板薄弱截面的強(qiáng)度破壞。彎矩使得上、下部環(huán)槽鉚釘處于受剪狀態(tài),其中受拉翼緣上受力最不利鉚釘位于最外環(huán)(第5環(huán)),而受壓翼緣上位于最內(nèi)環(huán)(第1環(huán))。同時(shí),剪力的增加會(huì)使連接受壓翼緣的鉚釘產(chǎn)生拉力作用,其最不利位置為最內(nèi)環(huán)。(5)對(duì)一種典型的板式支座節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究和有限元分析。針對(duì)該支座節(jié)點(diǎn)同時(shí)承受較大彎矩和剪力的特點(diǎn),提出了一種兩階段加載方法來(lái)有效模擬其受力狀態(tài)。研究表明,板式支座節(jié)點(diǎn)的薄弱區(qū)域?yàn)檠貤U件受拉翼緣鉚釘孔截面,且在該截面處發(fā)生斷裂破壞。加載結(jié)束后,蓋板與工字鋁受拉翼緣連接區(qū)域的應(yīng)力較高,應(yīng)力傳遞路徑明顯,但分布區(qū)域較窄。相比之下,與受壓翼緣相連的蓋板整體應(yīng)力水平要低很多。受拉翼緣斷裂截面處的環(huán)槽鉚釘受力最為不利,呈剪切受力狀態(tài),但由于不銹鋼的強(qiáng)度較高,并未出現(xiàn)鉚釘破壞。
[Abstract]:In this paper , the experimental research and numerical analysis are carried out on the load - displacement curve , the stress - bearing capacity and the stress - bearing capacity of the plate - type node . ( 4 ) Based on the plate - type node finite element modeling method verified by reliability , the stress and failure modes of standard plate - type nodes under typical internal forces are analyzed .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TU395

【參考文獻(xiàn)】

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1 郭小農(nóng);熊哲;羅永峰;徐晗;邱麗秋;;鋁合金板式節(jié)點(diǎn)彎曲剛度理論分析[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2014年10期

2 郝成新,錢基宏,宋濤,趙鵬飛,趙基達(dá);鋁網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的研究與工程應(yīng)用[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2003年04期

3 趙金城,許洪明;上�？萍拣^單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力分析[J];工業(yè)建筑;2001年10期

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本文編號(hào)：1496933