考虑节点柔度影响的焊接管结构简化杆系模型及动力性能分析方法

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1、分类号：TU392.3学号：201500359009硕士学位论文考虑节点柔度影响的焊接管结构简化杆系模型及动力性能分析方法Simplifiedframemodelanddynamicanalysisforweldedtubularstructuresconsideringeffectoflocaljointflexibility研究生姓名：屠珊珊指导教师：邵永波教授学科门类：工学专业名称：土木工程论文提交日期：2018年6月1日烟台大学硕士学位论文摘要随着钢结构建筑的兴起，焊接管结构作为钢结构建筑的一种重要的结构形式，得到了广泛应用。焊接圆钢管结构形式外形轻巧美观，强度大，且风阻力系数小

2、，这种优点在海洋平台这类常年受到风荷载和波浪荷载作用的建筑物中尤表现其显著，因此在海洋平台的结构设计中，多采用焊接圆钢管结构形式。由于焊接管结构中的杆件主要是薄壁钢管，在径向受力时，薄壁钢管容易发生局部变形，因此当焊接管结构承受外荷载时，在节点处主管的径向受到支管传来的力，主管壁就会发生局部变形，这种局部变形在主管的壁厚与直径之比越小以及支管与主管直径之比越小时显得尤为，这种焊接管节点主管的局部变形的特性称为节点局部柔度（LocalJointFlexibility，LJF）。焊接管结构（如海洋平台）在风或海浪作用下容易发生振动，需要对其进行动力分析。在焊接管结构受动力荷载的仿真模拟计算中

3、，虽然采用3D实体单元建模分析可以精确地模拟节点局部柔度，但由于单元数量庞大，计算过程耗时长且占用内存大，在设计分析中并不实用，而是常采用刚接梁单元模型来代替3D实体单元模型，即杆件在连接部位采用刚节点的假定。由于刚架模型忽略了管节点处的主管变形，即管节点局部柔度，会过高地估计焊接管结构的承载力，使结构设计或安全评估分析偏于危险。为解决这个问题，本文在传统梁单元刚架模型的基础上，在管节点处引入一种虚拟梁单元（FBE，FictitiousBeamElement）来模拟管节点处主管的变形，为验证这种简化模型在焊接管结构受动力荷载的线弹性段分析中的准确性，对一焊接管结构缩尺平台进行动力荷载试验

4、。在缩尺平台底部分别输入两组简谐波形式的加速度，输出振动过程中平台顶端相对于底部的相对位移。将得到的两组顶端相对位移曲线与考虑节点柔度的FBE简化模型、3D实体模型以及传统刚架模型计算所得的位移曲线相比较，结果显示3D实体模型与试验得出的位移曲线最大峰值的最大误差为2.11%，刚架模型为35.9%，考虑节点柔度的FBE简化模型为3.57%。又对三个实际焊接管结构海洋平台用3D实体模型、传统刚架模型以及考虑节点柔度的FBE简化模型分别进行模拟，在海洋平台的底部输入地震波，计算输出其顶部的相对位移，将用三种模型分别计算出的顶部位移曲线进行比较，结果显示传统刚架模型计算出的顶部位移峰值的最大值

5、与3D实体模型的误差最大为38.2%；考虑节点柔度的FBE简化模型计算出的顶部位移峰值的最大-I-考虑节点柔度影响的焊接管结构简化杆系模型及动力性能分析方法值与3D实体模型的误差最大为8.3%。最后得出考虑节点柔度的FBE简化模型不仅保留了传统梁单元刚架模型单元数量少，计算耗时短的优点，并且计算结果准确的结论，可以在实际焊接管结构线弹性段的结构设计和动力分析中推广采用。关键词：焊接管结构；节点局部柔度；虚拟梁单元；简化模型；动力分析论文类型：应用基础研究-II-烟台大学硕士学位论文AbstractWiththeriseofsteelstructures,theweldedtubulars

6、tructurehasbeenwidelyusedasanimportantstructuralformofsteelstructures,especiallytheweldedroundsteeltubularstructure.Thisstructureislightweight,beautiful,strong,andithasasmallwindresistancecoefficient.Itisespeciallysuitableforoffshorestructureswhicharesubjectedtowindandwaveloadsalltheyearround.The

7、refore,inthestructuraldesignofoffshoreplatforms,weldedroundsteeltubularstructuresareoftenused.Whenthethin-walledsteeltubeissubjectedtoforceintheradialdirection,localdeformationislikelytooccur.Thelocaldeformationisattri