大跨度钢管桁架—钢管混凝土柱节点静力性能数值分析

论文摘要

近年来,随着我国经济和建设事业的迅猛发展,钢材产量多年跃居世界首位,钢结构在各种复杂公共建筑中的比例明显提高,钢管桁架结构的应用也随之大量增加。而与大跨度屋面系统相对应,竖向荷载的提高对竖向支承体系提出了更高的要求。针对这种情况,已较多的采用钢管混凝土柱,以较小的截面尺寸获得较大的承载力,同时提高结构的延性和韧性。钢管混凝土结构能够充分发挥组合材料在技术和经济上的优越性,体现了现阶段工程材料的发展方向,是一种极具发展潜力和应用价值的组合结构。随着国内新一轮新型铁路客站的修建高峰的到来,大跨度空间桁架屋盖系统-钢管混凝土柱的结构组合形式将更多更为普遍的使用。而空间桁架屋盖系统-钢管混凝土柱节点是结构中的关键部位,也是施工难点,合理地设计节点对结构的安全和整个工程的造价具有重要的理论意义与工程实际价值。因此,获得完整、准确的节点性能信息,对于正确进行框架分析,保证结构体系的安全可靠具有重要的意义。有限元仿真分析（FEA）是节点受力性能研究的主流研究方法。对实体模型节点的受力性能分析有很强的适应性,并已有成熟的研究思路。针对这一情况,本文采用专业程序Hypermesh,对呼和浩特火车东站工程主结构钢管桁架-钢管混凝土柱节点建立实体有限元模型。根据研究需要选取了3种有代表性的荷载组合工况,运用大型通用有限元程序ADINA进行此节点的力学性能研究。采用平面单元和实体单元分别模拟节点中的钢结构部分及内填混凝土部分,通过接触和绑定约束实现两种单元之间力的传递,对节点的实际受力进行了验证性的分析,得出了此节点的实际工作状态以及材料的安全富裕度。对相应的工程实际有一定的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• AbstraCt
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 空间大跨屋盖结构的基本概况
• 1.1.2 钢管混凝土组合结构基本概况
• 1.2 钢管混凝土节点的概况与研究现状
• 1.2.1 混凝土-钢管混凝土的梁柱节点简介
• 1.2.2 钢管桁架-钢管混凝土节点简介
• 1.2.3 钢管混凝土柱节点的研究现状
• 1.3 有限元仿真分析简介
• 1.4 论文工程背景介绍与本文拟进行的主要工作
• 1.4.1 呼和浩特火车东站工程背景简介
• 1.4.2 本文拟进行的工作
• 第二章 基本理论与程序简介
• 2.1 基本理论
• 2.1.1 网格基本理论
• 2.1.2 有限元基本理论
• 2.1.3 结构非线性分析
• 2.1.4 单元概述
• 2.1.5 弹塑性基本理论
• 2.2 程序简介
• 2.2.1 HYPERMESH基本介绍
• 2.2.2 ADINA程序简介
• 第三章 论文模型建立
• 3.1 几何模型的建立
• 3.2 数值模型
• 3.2.1 网格策略与网格模型
• 3.2.2 材料属性
• 3.2.3 边界条件
• 3.2.4 荷载与加载制度
• 3.3 本章小结
• 第四章 模型有限元分析
• 4.1 LCB1工况下钢管桁架-钢管混凝土节点的受力分析
• 4.1.1 加载
• 4.1.2 模型整体计算结果及分析
• 4.1.3 细部结果及分析
• 4.2 RLCB106工况下钢管桁架-钢管混凝土节点的受力分析
• 4.2.1 加载
• 4.2.2 模型整体计算结果及分析
• 4.2.3 细部结果及分析
• 4.3 RLCB127工况下钢管桁架-钢管混凝土节点的受力分析
• 4.3.1 加载
• 4.3.2 模型整体计算结果及分析
• 4.3.3 细部结果及分析
• 结论及展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文