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近年来,各国逐渐开始对管节点进行研究,但相关的研究主要针对圆管间隙节点、方管间隙节点以及一些比较有规则的搭接节点,对于空间节点的研究还较少,尤其是相贯节点中关于KK型方圆组合的研究更少。因此本课题对KK型主方支圆相贯节点进行试验研究和非线性有限元分析,考察节点的极限承载力和破坏机理,为此类节点在以后工程中的应用提供可靠依据,具有非常重要的意义。
本文以新中国国际展览中心工程为背景,对工程中涉及的复杂主方支圆钢管空间KK型直接焊接节点进行了足尺试验,考察其受力性能及应力分布规律。同时,利用ANSYS软件对试件进行了非线性有限元分析,将试验结果与计算结果进行了对比分析,通过试验结果与有限元计算结果的比较,验证了新中国国际展览中心钢桁架节点在设计值荷载作用下,试件A和试件B都未进入屈服,仍处于弹性状态,说明结构的设计荷载是有一定富余量的。同时利用ANSYS软件对前人所建模型进行数值分析,并进行对比,验证了利用ANSYS软件进行承载力分析是可行的。
随后本文考察可能影响节点极限承载力数值分析结果的各种因素,包括单元选取、主管和腹杆端部的边界条件、加载方式和极限承载力计算的迭代方法等,建立了一个有效的,准确的有限元模型。
本文在建立了一个有效的,准确的有限元模型的基础上,对影响相贯节点β、γ、τ、ψ、θ、B和f(n)的参数进行了有限元分析,总结了它们的变化规律、破坏模式及提出了它们的破坏准则。其中几何参数β、γ、τ、ψ、B及f(n)对节点强度有着显著的影响,参数θ在450与650之间时对节点的强度影响不大,但超过650后对节点影响较显著。
本文在有限元结果分析的基础上经多元回归分析得出了各主要参数影响的KK型节点强度公式,结合有限元计算结果对回归公式进行了验证,结果表明,该公式具有较好的精度,可以很好的预估KK型相贯节点的极限承载力,并可供工程设计参考应用。
最后对于需要进一步研究的课题进行了探讨。