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近年来,由于矩形钢管卓越的材料性能和众多的突出优势,使其在工业与民用建筑中的应用日渐普遍。钢管结构中节点是一个至关重要的构件,它不仅要连接不同杆件,还需要传递和承受荷载。节点的力学性能直接影响着节点所在区域结构的力学性能,甚至对于整个结构都至关重要。其中,节点刚度对结构的变形控制和结构的整体稳定性有重要影响。 本文是以天津某单层网壳钢结构工程为研究背景,取该实际工程中的典型节点为研究对象。该工程中钢管之间连接的节点形式是X型矩形钢管焊接端板节点,这是一类全新的节点。该节点是通过一个X形焊接端板直接连接四根矩形钢管而成。节点区域由节点板和与节点板焊接的部分钢管组成。节点材料单一,外观简洁,承载能力好。但节点的构造复杂,节点处应力集中明显。目前,对于该类节点的刚度研究还是一片空白。为了能更全面的了解和掌握该类节点的力学性能,以促进该节点在实际工程中的应用,本文通过ANSYS软件对这类节点的刚度性能进行了非线性有限元理论分析,具体工作如下: (1)对双向贯通节点、相贯节点、X型焊接端板节点和内加劲节点四种常见的矩形钢管节点模型进行了有限元分析,对比分析结果表明:在综合性能方面X型焊接端板节点最突出。 (2)应用单参数分析方法对节点几何参数α、β、γ、τ、θ进行分析研究。并用Excel软件拟合出各几何参数与节点轴向刚度、面内抗弯刚度和面外抗弯刚度的影响关系曲线。发现这些几何参数与节点各项刚度基本成幂函数关系。研究了各几何参数对节点刚度的影响规律。 (3)详细分析了各几何参数的变化引起节点刚度改变的原因,并对今后该类节点的设计提出了一定的参考建议。 (4)通过Matlab数值分析软件,应用多元非线性回归分析方法,结合各几何参数对节点刚度的影响曲线,拟合出了节点轴向刚度、节点面内抗弯刚度和节点面外抗弯刚的计算公式。并用通过建立全新的节点模型对拟合公式进行了有限元分析结果和公式计算结果的验证。