管桁架结构支座节点力学性能分析及试验研究

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支座节点是连接大跨空间结构屋盖与支承结构的关键构件,对保证整体屋盖结构安全至关重要。现有支座节点多采用螺栓球、焊接球等过渡结构构件间接传力,用于支座处多杆件交汇且杆件直径较大的空间结构时,建筑造型适应性及节点受力性能存在一定局限性,需进一步研究新型支座节点。武夷体育场管桁架结构中首次采用一种直埋式支座节点,该节点构造简单,可有效节省构造空间且传力直接。本文对直埋式支座节点以及在其基础上提出的新型十字管板支座节点的力学性能进行研究,主要研究工作的内容如下:(1)利用ABAQUS建立直埋式支座节点足尺有限元模型,研究节点在最不利工况下的承载能力及应力分布规律。结果表明,管上最大应力出现在管板交界处,圆管与横向节点板连接端部存在应力集中。节点核心区应力状态复杂,应力沿垂直于相贯线的方向扩散。(2)进行了4个1:3缩尺模型试件单调静力加载实验,研究支座节点承载力与设计荷载之间的关系。结果表明,受压试件在2倍设计荷载,受拉试件在3倍设计荷载下均处于弹性状态,节点具有较高的安全性,满足现行国家有关规范的要求。不同板厚试件应力分布规律一致,应力值基本相同,建议在工程中可适当减小节点板厚度,以提高经济性。(3)在直埋式支座节点的基础上提出了一种新型十字管板支座节点,进行了4个节点试件的承载力试验。不同板厚试件呈现出不同的破坏形态,受拉薄板试件YJ-1十字节点板底部脆性断裂,极限承载力为424kN;受拉厚板试件YJ-3管板交界处钢管全截面断裂,极限承载力为620kN;受压薄板试件YJ-2呈现节点板屈曲的破坏模式,极限承载力为257kN;受压厚板试件YJ-4呈现圆管面内弯曲失稳的破坏模式,极限承载力为446kN。(4)利用ABAQUS对新型十字管板支座节点进行模拟及参数化分析。研究表明,十字管板支座节点主要存在节点板破坏及圆管破坏两种破坏模式。节点板破坏特征受拉为节点板底部脆断,受压为节点板失稳;圆管破坏特征受拉为管板交界处钢管截面颈缩后断裂,受压为钢管管壁局部屈曲。为保证节点强度,避免发生节点板脆性破坏,十字板厚度应大于板厚理论计算临界值。
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