管桁架复杂铸钢节点非线性有限元分析及相关问题研究

摘要

钢管结构因其具有轻巧美观，用钢量省等优点，在我国得到了迅速的发展，应用范围也越来越广。铸钢节点在现代大跨钢管结构中表现出了造型美观、可塑性强、受力安全合理等优点，正在逐渐被工程设计人员应用于工程实际中。但由于目前国内尚未形成一套能对铸钢节点设计起到指导作用的比较成熟的规范，对铸钢节点的设计研究主要借助有限元软件的计算分析并结合试验加以验证。 首先，本文利用有限元分析软件-ANSYS对南通市体育会展中心工程中使用的铸钢节点进行了有限元分析，对其工作状态作出了评估。通过观察铸钢件内外侧关键部位的应力情况，考察了铸钢节点在最不利设计载荷下的受力状态，并跟踪节点在整个加载阶段的应力变化过程，计算出了节点的极限承载力。在计算分析过程中，本文指出了铸钢节点与钢管连接接口处是整个节点的受力薄弱区域，并通过构造措施对这一区域进行了加强，改善了节点的受力状况，提高了结构连接的安全度。 其次，对铸钢节点在若干关键几何参数变化的情况下进行了弹塑性大应变分析，考察了铸钢节点的极限承载力与几何参数之间的关系。分析证明，通过合理的设计，可以使多管相交的铸钢节点破坏形态只是单支管达到屈服强度，发生轴向屈服破坏，避免了一般管节点在各支管轴向拉压力共同作用下过度变形破坏和冲切破坏，提高了结构的安全度，并且充分利用了铸钢材料的强度。 最后，本文通过有限元分析与试验结果进行了对比，验证了本文所用有限元方法的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题研究背景

1.2铸钢节点的特点及类型

1.3铸钢节点的研究现状和存在的问题

1.4本文的主要研究内容

第二章铸钢节点的有限元分析

2.1引言

2.2极限承载力的非线性有限元分析

2.3铸钢节点的静力性能分析研究

2.4铸钢支座节点与上部钢管共同作用的静力性能分析研究

2.5本章小结

第三章铸钢支座节点的多参数非线性有限元分析

3.1引言

3.2铸钢支座节点的几何参数

3.3铸钢支座节点壁厚t的影响

3.4铸钢支座节点中部倒角半径R1的影响

3.5铸钢支座节点各支管两两相交处倒角半径R2的影响

3.6铸钢支座节点各支管与底板相交处的倒角半径R3的影响

3.7一号管与水平面夹角θ1的影响

3.8 二号管与水平面夹角θ2的影响

3.9三号管与水平面夹角θ3的影响

3.10 本章小结

第四章铸钢节点的实体试验研究

4.1引言

4.2试验目的及试验内容

4.3试验设计

4.4试验测试方案设计

4.5试验结果及分析

4.6试验与有限元计算结果对比分析

4.7本章小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

附 录

参考文献

致 谢