多杆件铸钢节点受力性能研究

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随着我国大跨度结构的兴起,钢管结构得到了迅速的发展,在工程中的应用日益广泛。大跨度钢管结构体系中的节点直接关系到结构的稳定和安全,是结构体系的重点之一,由于铸钢节点具有设计灵活、承载力高、适用性广等优点,逐渐被结构设计人员应用于大跨度钢管结构体系中。本文根据长丰集团总部大楼(行政中心)管桁架结构铸钢节点静力试验数据,选取其中的一个铸钢节点,利用有限元分析软件ANSYS对该节点进行了数值分析。分析中采用弹塑性理论本构关系,并考虑材料非线性和几何非线性。将杆件截面全部改为为圆管,通过改变多杆件实心铸钢节点中壁厚与倒角两个参数,建立多种铸钢节点模型,对其进行正常使用荷载情况下和极限荷载情况下的/ANSYS有限元分析,研究铸钢节点模型同时改变倒角半径和壁厚对节点受力的影响。本文的主要研究成果有:(1)根据试验设计,基本能模拟节点的实际受力情况,ANSYS分析所得该节点的数据在可控制范围内。在1.1倍设计值加载下,节点没出现破损以及局部破坏。(2)对试验数据以及ANSYS分析结果比较得出,试验反映的应力应变变化趋势与ANSYS有限元结果基本一致,所测得的应力应变水平虽有所偏差,但总体处于同一水平,印证了ANSYS分析模型的可行性。(3)应用ANSYS软件对模型进行分析,通过改变壁厚和倒角半径,得出在正常使用荷载情况下,铸钢节点杆件相交处倒角半径存在最优值,大于或小于最优值,倒角处应力明显增大。(4)壁厚对铸钢节点薄弱部位的极限承载力影响很大,由壁厚减5mm变到原始壁厚极限承载力提高16%,由原始壁厚变到壁厚加5mm极限承载力提高10%。而倒角半径对极限承载力的具有一定影响,由于模型和分析的局限,所以在此次分析中不同倒角半径下薄弱部位的极限承载力的区别反应不明显。本文关于多杆件实心铸钢节点的研究,为今后在该领域的深层次研究提供了相关试验数据和指导模型,并对铸钢节点的优化设计提供了一定的依据和借鉴。
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