合肥新桥机场航站楼钢结构关键节点与构件承载性能研究

论文摘要

合肥新桥国际机场航站楼屋盖结构由多榀钢结构刚架组成。本文的重点研究对象为刚架两端箱形曲梁与转换节点构件的承载性能，选取了三种箱形曲梁构件（两缩尺，一足尺）与两种转换节点构件（一足尺，一缩尺），进行了静力加载破坏试验。在结构整体分析和关键节点与构件承载性能试验研究的基础上，通过数值模拟计算、参数分析和设计公式拟合，总结出箱形曲梁和转换节点构件的承载性能、箱形曲梁整体稳定问题的设计方法以及对节点的设计建议。（1）通过对航站楼整体、单榀结构有限元分析，得到了设计荷载下结构和构件的受力情况。针对箱形曲梁构件进行了参数化分析，得到了曲梁构件极限承载力的变化趋势。并且针对转换节点构件提出了相应的设计建议。（2）通过三个箱形曲梁构件（XQL-1、XQL-2和XQL-3）的试验研究，得到了箱形曲梁构件在压弯荷载下的承载能力和破坏形态。箱形曲梁构件在压弯荷载下的破坏形式为最大内力截面达到屈服应力后，内翼缘或腹板的压屈破坏。（3）构件的有限元模型分析结果与试验结果十分吻合，考虑构件初始缺陷后，有限元分析得到的极限承载力与试验结果分别相差14.7%、0.8%和2.0%，箱形曲梁构件由于加工运输等造成的初始缺陷会对其承载性能有一定的影响。此外，还针对两端铰接圆弧轴线箱形截面曲梁的平面内稳定问题进行了数值分析，并给出了截面验算设计公式。（4）通过两个转换节点构件（ZHJD-1和ZHJD-2）的试验研究，得到了转换节点构件在压弯荷载下的承载能力和破坏形态。转换节点构件ZHJD-1为陆侧节点，下弦杆受拉，荷载较大时会发生弦杆与箱形构件连接处焊缝的受拉开裂，破坏为脆性；转换节点构件ZHJD-2为空侧节点，下弦杆受压发生压屈破坏。（5）有限元模型较精确的模拟了转换节点构件的承载能力，考虑构件初始缺陷后，有限元分析得到的极限承载力与试验结果分别相差-1.8%和5.5%，转换节点构件对初始缺陷不敏感。在转换节点构件中，管件连接以及多管相贯节点处的应力水平较高，建议局部增设短加劲肋，另外建议对于轴压过大的斜杆做局部加强处理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 工程概况
• 1.1.2 箱形曲梁与转换节点概况
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 异形构件
• 1.2.2 大跨结构桁架与柱节点
• 1.2.3 曲梁及转换节点构件试验
• 1.3 研究目的、内容及概况
• 第2章 航站楼钢结构整体分析
• 2.1 3区整体分析
• 2.1.1 荷载条件与材料
• 2.1.2 3 区整体模型计算分析与结果
• 2.1.3 柱子计算长度系数
• 2.2 箱形曲梁相关单榀刚架分析
• 2.3 转换节点相关单榀刚架分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 箱形曲梁承载性能试验
• 3.1 试验方案
• 3.1.1 试验目的
• 3.1.2 试验原理及方法
• 3.1.3 箱形曲梁试验模型方案
• 3.1.4 试验装置及加载制度
• 3.2 试验过程及结果
• 3.2.1 箱形曲梁 XQL-1 构件
• 3.2.2 箱形曲梁 XQL-2 构件
• 3.2.3 箱形曲梁 XQL-3 构件
• 3.2.4 箱形曲梁材性试验结果
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 构件承载力
• 3.3.2 面外位移
• 3.4 本章小结
• 第4章 箱形曲梁承载性能分析
• 4.1 试验曲梁有限元分析
• 4.1.1 试验模型建模
• 4.1.2 试验与有限元结果比较
• 4.2 承载性能影响因素分析
• 4.2.1 截面长宽比
• 4.2.2 板厚
• 4.2.3 曲梁轴线曲率
• 4.3 箱形截面曲梁平面内稳定性分析
• 4.3.1 纯轴压曲梁的稳定分析
• 4.3.2 压弯曲梁的稳定分析
• 4.3.3 试验构件稳定验算
• 4.4 本章小结
• 第5章 转换节点承载性能试验
• 5.1 试验方案
• 5.1.1 试验目的
• 5.1.2 试验原理及方法
• 5.1.3 转换节点试验模型方案
• 5.1.4 试验装置及加载制度
• 5.2 试验过程及结果
• 5.2.1 转换节点 ZHJD-1 构件
• 5.2.2 转换节点 ZHJD-2 构件
• 5.2.3 转换节点材性试验结果
• 5.3 试验结果分析
• 5.3.1 构件承载力
• 5.3.2 破坏形态
• 5.4 本章小结
• 第6章 转换节点承载性能分析
• 6.1 试验节点有限元分析
• 6.1.1 构件ZHJD-1建模
• 6.1.2 构件ZHJD-2建模
• 6.1.3 试验与有限元结果比较
• 6.2 转换节点局部模型有限元分析
• 6.2.1 刚架GJ3-6转换节点应力状态
• 6.2.2 刚架GJ3-4转换节点应力状态
• 6.2.3 刚架GJ3-1转换节点应力状态
• 6.3 设计建议
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 材性试验结果
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果