新型鼓形节点的承载力与实用计算方法研究

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大跨空间结构是目前发展最快的结构类型。空间网壳结构是曲面型的网格结构,兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性,具有受力合理、覆盖跨度大、刚度大、自重轻、造型丰富美观、综合技术经济指标好的特点,是大跨度、大空间结构的主要结构形式之一。节点在空间结构中起着重要的作用,节点连接多根杆件,是结构的关键部位,对于节点的极限承载力的研究具有重要的现实意义。焊接空心球节点是网壳中应用最广的节点形式之一,本文研究的是用于单层网壳结构的一种新型鼓形节点,该节点具有构造简单,传力明确,连接方便等优点。本文采用有限元分析方法,系统研究这种节点在轴力、弯矩以及二者共同作用下的受力性能和破坏机理,最终建立了其实用计算方法。本文采用理想弹塑性应力-应变关系和Von-Mises屈服准则、同时考虑几何非线性的影响,建立了方钢管、矩形钢管鼓形节点的有限元分析模型,对影响方钢管、矩形钢管鼓形节点承载力的一些重要参数进行了深入分析。通过对这些节点的应力、变形分析研究,得到鼓形节点在不同荷载组合作用下的受力性能和破坏机理;通过全Newton-Raphson法迭代跟踪球节点的位移-荷载曲线,从而得到不同型号鼓形节点在不同荷载组合下的极限荷载力。对轴力和弯矩共同作用的鼓形节点的研究表明,轴力-弯矩相关关系与节点的几何参数无关,这极大地简化了轴力与弯矩共同作用下节点承载力的计算方法。在有限元分析的基础上,本文给出了方钢管、矩形钢管鼓形节点在轴力、弯矩以及二者共同作用下的实用计算公式,可供实际工程设计采用,也可供相关规程修订时参考。最后,针对工程中鼓形节点处于空间多向作用的实际情况,本文选取了最简单的四管正交、双向轴压作用下的鼓形节点进行了有限元法分析,得出双向作用下鼓形节点承载力的一些规律,并提出修正方法,对实用计算公式作了一些修正。
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