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随着近年来我国钢铁产量不断增长,钢结构以其自身优势,在建筑中所占的比例越来越大,钢管结构也取得了较大突破。管桁架结构因具有自重轻、跨距大、造型优美、施工方便等优点,在众多实际工程如体育馆、机场候机厅、各种展览中心等建筑中得到了广泛应用。
管桁结构在节点处常采用杆件焊接的相贯节点,在对相贯节点的分析中,目前一般采用理论分析和试验模拟相结合的方法研究;许多学者对一般的钢管相贯节点研究较多,但对加强节点的研究较少,相对其应用,加强其刚度对管桁结构的整体静力及动力性能的影响研究,国内外的研究成果却很少。
在对相贯节点的分析中,针对目前一般采用理论分析和试验分析相结合的方法,本文以6m跨度的空间钢管桁架结构作为研究对象,采用大型通用有限元分析软件ANSYS对节点的刚度进行分析,建立双折线弹塑性的材料模型,考虑几何非线性,选取合适的单元类型研究对节点域采取适当措施加固后,节点域力学性能的变化;并在计入自重的情况下,对该加强模型在低周反复荷载作用下的滞回性能进行了简单的分析。
具体开展了以下几个方面的工作:
(1)首先选取3种节点加强形式:加套管、加节点板、加三角肋板,采用板壳单元分别建立其上下弦典型节点有限元模型,进行非线性有限元分析,在数值分析中研究了3种加强形式节点的荷载位移曲线和节点变形,发现在设计加强节点中,套管加强型的节点试件相对于无加强型节点试件,刚度提高较大,肋板加强型节点试件对刚度提高不是很显著。在实际工程中,受施工水平的限制,加固方案的确定应视实际情况而定。
(2)随后,本文分析了相贯节点刚度的影响因素,建立了有限元分析模型,进行了系统的单参数分析,得到了厚度变化对相贯节点刚度的影响规律。加套管对节点的刚度提高与套管的厚度有密切关系。加大壁厚可显著提高节点的刚度。节点板和三角肋板板厚按规范取值达到一定值以后,则不能继续提高节点刚度。
(3)第三,本文对上下弦三种加强型节点分别进行了低周反复加载分析,发现它们的滞回曲线都比较饱满、稳定,加强以后节点滞回环面积变大,说明节点耗能能力和延性都比较好。
(4)最后,对需要进一步研究的课题进行讨论。