直接焊接K型间隙矩形管节点轴向刚度研究

论文摘要

方钢管和矩形管作为结构构件具有受力性能好、结构形式简单、施工方便、外形美观等优点,因此管结构在国内外的应用越来越广泛。节点刚度对结构受力和变形都有很大的影响,而目前方管结构的设计并没有考虑这一刚度的影响,这势必带来较大的设计误差。本文利用有限元软件ANSYS,采用大规模参数分析的手段对K型间隙方管和矩形管节点在弦杆有、无轴向力作用下的轴向刚度进行了系统的研究。考虑节点间隙g、支弦杆宽度比β、支杆高度与弦杆宽度比η、弦杆宽厚比γ、支弦杆厚度比τ、支弦杆夹角θ和整体尺寸b0等几何参数的影响,进行了上千个节点的算例分析,明确了各个参数对节点刚度性能的影响,揭示了节点刚度随各个参数的变化规律。通过单参数分析(只改变其中一个参数,其他参数固定)确定各影响参数和节点轴向刚度之间的函数形式,从而设定回归模式,然后应用多元线性回归分析的方法拟合出在弦杆有、无轴向力作用下时节点轴向刚度的参数公式,将回归公式计算出来的结果与有限元计算结果进行对比,两者符合较好。根据前人的研究成果,建立了考虑管节点轴向刚度的桁架简化分析模型,将回归公式运用于简化模型中计算桁架的挠度,并与壳元模型计算结果进行了对比,结果表明,回归的公式具有很好的适用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 物理名称及符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 直接焊接钢管节点的研究现状
• 1.2.1 直接焊接钢管节点的分类
• 1.2.2 直接焊接钢管节点的失效模式
• 1.2.3 直接焊接钢管节点的研究方法
• 1.2.4 直接焊接钢管节点的研究成果
• 1.3 本文的研究工作
• 第2章 节点有限元模型的建立
• 2.1 ANSYS程序简介
• 2.2 有限元模型的建立
• 2.2.1 模型单元和求解方法的选取
• 2.2.2 有限元程序准确性验证和材料特性的确定
• 2.2.3 模型中所做的简化
• 2.2.4 边界条件、加载方式及计算简图的确定
• 2.2.5 模型中其他问题的确定
• 2.3 本章小结
• 第3章 节点轴向刚度分析
• 3.1 概述
• 3.2 节点刚度的提取
• 3.3 典型节点分析
• 3.3.1 节点的变形
• 3.3.2 节点荷载—位移曲线
• 3.3.3 节点区应力分布和塑性发展过程
• 3.4 节点刚度分析参数说明
• 3.5 弦杆拉轴力作用下节点刚度分析
• 3.6 两支杆等宽方管节点参数分析
• 3.6.1 节点间隙g影响
• 3.6.2 β对节点刚度的影响
• 3.6.3 γ对节点刚度的影响
• 3.6.4 θ对节点刚度的影响
• 3.6.5 τ对节点刚度的影响
• 3.6.6 轴力系数n对节点刚度的影响
• 3.6.7 节点拉压杆刚度比较分析
• 3.6.8 节点的屈服荷载
• 3.6.9 节点的尺寸效应
• 3.7 两支杆不等宽方管节点分析
• 3.7.1 加载比例分析
• 3.7.2 节点刚度和屈服荷载分析
• 3.7.3 分析中出现的其他现象
• 3.8 矩形管节点分析
• 3.8.1 节点刚度和屈服荷载分析
• 3.8.2 弦杆高度h0对节点刚度的影响
• 3.9 本章小节
• 第4章 节点刚度公式的回归和应用
• 4.1 概述
• 4.2 两支杆等宽方管节点刚度公式的回归
• 4.3 两支杆不等宽方管节点刚度公式的回归
• 4.4 矩形管节点刚度公式回归
• 4.5 关于公式的说明
• 4.6 公式的应用
• 4.6.1 简化模型简介
• 4.6.2 公式在简化模型中的应用
• 4.7 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢