方钢管桁架装配式局部填充混凝土K型强化节点静力性能及刚域研究

方钢管桁架装配式局部填充混凝土K型强化节点静力性能及刚域研究

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1、分类号:TU39110710-2015228002专业硕士学位论文方钢管桁架装配式局部填充混凝土K型强化节点静力性能及刚域研究高路正导师姓名职称陈建锋副教授专业学位类别及申请学位级别工程硕士建筑与土木工程领域名称论文提交日期2018年04月20日论文答辩日期2018年05月31日学位授予单位长安大学ResearchonStaticBehaviorandRigid-ZoneofPrefabricatedK-typeReinforcedJointsofPartiallyConcrete-filledSquareSteelTubeTrussesADissertationSubmittedforth

2、eDegreeofMasterCandidate:GaoLuzhengSupervisor:Prof.ChenJianfengChang’anUniversity,Xi’an,China摘要随着建筑经济的发展,结构越来越趋于大跨、复杂、重载。相贯节点处杆件汇交多,应力集中明显,这使得节点区通常成为结构薄弱部位。本文针对方钢管桁架结构中的K型节点,并基于行业学者们提出的各种加强方式和加强思想,主要着手于减轻结构自重、优化节点破坏模式配合装配式结构设计理念;同时解决大跨度钢管结构关键节点应力集中,杆件承载力过剩,而节点承载力不足的问题,提出了一类方钢管桁架装配式局部填充混凝土K型强化节点形式。本

3、文应用有限元方法分析研究了该类新型节点的破坏模式、承载性能以及局部填充混凝土而带来的节点刚化问题。主要研究工作及成果如下:(1)针对桁架结构中受力典型的K型节点,优化设计,提出4种节点细部构造形式。(2)充分考虑材料本构模型、接触面处理、加载方式以及各非线性求解设置的基础上,建立新型K型节点精细化有限元模型,分析研究了新型K型节点的破坏模式及承载性能。(3)参数分析。分别研究了两支管间隙、内灌混凝土强度、主管径厚比、支主管管径比、支主管长度比等对新型K型节点承载力与破坏模式的影响规律。研究结果表明:4种新型K型节点均能够改变方钢管混凝土节点的传统破坏模式,有效实现塑性破区外移出节点核心区域的

4、设计理念;新型K型节点极限承载力相较标准空钢管节点有明显提高,增幅约为28%~37%;新型K型节点所做加劲板、套管等局部设计可以达到预期设计效果,使节点塑性变形能力得到加强,避免了节点发生脆性破坏的风险。(4)节点刚域模型研究。针对K型桁架节点,首先基于结构力学中相关理论方法,推导了K型节点的刚域理论关系式;接下来结合5组共计54个有限元模型的计算数据,研究建立了新型K型节点的刚域模型。(5)节点刚化对桁架结构的影响。为便于该类新型K型节点应用设计,通过对Warren式整体桁架的模拟分析,给出了K型节点的刚域系数范围与对应简化形式:其中本文新型K型节点在工程中均可按照铰接点进行设计。可供实际

5、工程参考。关键词:方钢管桁架,K型节点,局部混凝土加强,装配式连接,数值分析,静力性能,刚域IAbstractWiththedevelopmentofconstructioneconomy,thestructurehasbecomeincreasinglylong-span,complex,andheavyloaded.Therearemanyintersectantmembersatthenodesandthestressconcentrationisobvious,whichmakesthenodeareausuallybecomeaweakpartofstructures.Thispa

6、peraimsatK-jointsinsquaresteeltubetrussesstructuresandbasedonvariousenhancementmethodsandideasproposedbyindustryscholars,mainlytoreducetheweightofthestructure,optimizethefailuremodeofthejointsandfitthedesignconceptoftheprefabricatedstructure,andsolvetheproblemofstressconcentrationinthekeyjointsofla

7、rge-spansteeltubestructures,excessbearingcapacityofmembers,andlackofbearingcapacityofjoints,atypeofprefabricatedK-typereinforcedjointsofpartiallyconcrete-filledsquaresteeltubetrussesisproposed.Inthispaper,f

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