矩形钢管贯通式节点静力性能研究

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矩形钢管贯通式节点是一种形式较新的节点.本文研究矩形钢管贯通式节点的静力性能,包括抗弯刚度和屈服荷载.由于贯通式节点在平面内和平面外的力学性能不同,共进行了5组试件平面内和平面外的弯曲实验.通过试验数据和相应的有限元计算,分析了节点几何特征对传力机理和变形的影响.研究指出,管件在节点区的非直接过渡造成的传力路径弯折和应力集中,是造成贯通式节点弱刚度、低强度的主要原因;采用与钢管等壁厚的节点,将使节点屈服承载力低于相连管件的边缘屈服弯矩.本文指出基于弹性阶段刚度评价的节点分类与基于节点承载力极限状态的分类是有区别的.在大量有限元算例的基础上,结合理论分析本文回归出了节点弹性弯曲刚度的计算公式,并提出了适用于一般计算软件的两种节点刚度计算模型.实际工程算例表明,虽然对于某些以稳定控制设计的结构可以采用这类节点,但在结构非线性分析中,必须考虑节点有限刚度的影响.节点的屈服强度在工程设计中也是一个重要的力学性能参数.本文从节点区内力传递与分布的机理出发,提出了对于轴力、平面内弯矩和平面外弯矩作用下节点屈服荷载简化计算模型,给出了节点屈服荷载的计算公式.并在此基础上通过算例分析给出了在各种不同荷载同时作用下的强度验算公式.另外,本文也给出了矩形钢管贯通式节点和与之相连的管件进行等强度设计和等刚度设计的建议方法.
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