论文题目: 张力节点的承载力和疲劳性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 徐旭东
导师: 关富玲
关键词: 张力结构体系,张力节点,节点板,销钉,承载力,几何参数,大转角,材料非线性,接触非线性,接触,摩擦,摩擦系数,参数分析,有限元,疲劳,状态空间法
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 张力结构体系是近二、三十年兴起的一种新型空间结构体系。该结构体系不仅具有自适应和自平衡的力学特性，而且该体系中的大部分单元都处于连续的张拉状态，这使得钢构件的材料强度能得以充分地发挥。因此，张力结构体系一经出现就引起了结构、建筑、力学等方面学者的广泛关注。保证张力结构中连续的应力回路是形成张力结构的关键因素。为了达到上述目的，必须有合适的节点构造形式来保证能够施加上足够的预应力，并使得连续的应力同路的形成变得可能。 从目前国内外对张力结构的研究现状来看，对于张力结构体系的研究开展不仅较早，而且较为深入，相对而言，对体系节点的研究较少。这主要有几方面的原因：一是节点在体系分析及设计中的重要性没有引起足够的重视；二是因为对于节点的分析手段的限制；三是就国内外规范而言，由于销钉外形与螺栓、铆钉相似，且其受力特性类似于承压型高强螺栓和铆钉，因此规范对销钉连接节点的设计是在参考螺栓和铆钉规范的基础上编制的。考虑到节点在张力结构体系中的重要性，以及张力节点与规范中定义的销钉连接件在形式上的差异，有必要对张力节点的承载能力进行研究，以便对规范设计方法的适用性做出评价，判断是否需要制订专门的设计方法。 本文在测试理论、弹性力学、固体力学非线性有限元理论以及疲劳理论等基础理论的基础上，以试验研究为主，数值计算为辅，结合理论分析，重点研究了张力节点的承载力和破坏模式随几何参数的变化情况，并为张力节点的承载力设计提出了一些简便、可行、有效的设计公式和建议。 对于实践性很强的工程学科而言，试验研究的重要性对于结构研究的重要性是不言而喻的。通过一系列的试验和部件之间的装配关系，本文认为张力节点的承载力取决于节点板和销钉两部分。根据试验值与规范值的对比，本文认为规范中有关销钉连接件的承载力设计公式可用于张力节点的设计，但是规范不能给出承载力随几何参数的变化规律。 有限元技术作为一种简便易行、廉价高效的辅助分析方法，已被广泛用于工程学科的各个领域。为了更好地模拟张力节点的力学特性以及弥补试验研究的不足，本文采用有限元技术对张力节点进行承载力分析。张力节点的有限元分析是一个复杂的、高度非线性的数值问题。本文通过计算分析和试验验证的方法，论证了对于张力节点进行有限元分析时必须考虑大转角、材料非线性和接触非线性。本文认为对于张力节点的接触分析，须考虑摩擦的影响。不过由于部件之间的接触关系的复杂性，摩擦系数的取值无需进行定量的分析，以满足侧向摩阻力要求为准。本文利用有限元技术对张力节点进行了大范围的浙江大学博士学位论文中文摘要2005年参数分析，并且进一步观察了张力节点承载力和破坏模式随儿何参数的变化规律，以及明确了张力节点的承载力是由节点板和销钉两部分共同决定的。 理论研究的目的就是要在试验研究和有限元分析的基础上，对张力节点承载能力的变化规律做出总结，以获得简化的设计方法便于_[程设计人员采用。根据部件的装配关系，以及试验和有限元分析结果的变化规律的基础上，本文分别对节点板以及销钉的承载力计算提出了简化的承载力计算公式，并对实际工程中采用破断试验造成的安全度问题给出了解释。 张力节点的疲劳性能也是一个值得关注的问题。由于疲劳破坏机理的复杂性，以及目前研究理论的缺乏，本文只对张力节点的疲劳承载力随少日可参数的变化规律进行了试验研究，为工程设计提供了一些感性认识。为了完善节点板的弹性设计方法，以及节点板疲劳设计时计算应力集中系数的需要，本文利用状态空间法求得了节点板受外荷载作用时，在弹性力学范围内的精确解。关键词:张力结构体系、张力节点、节点板、销钉、承载力、几何参数、大转角、材料非线性、接触非线性、接触、摩擦、摩擦系数、参数分析、有限元、疲劳、状态空间法
论文目录:
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 张拉整体结构的发展
1.2 张拉整体结构的特点
1.3 连接节点的重要性、分类和设计准则
1.3.1 连接节点的重要性
1.3.2 连接节点的分类
1.3.3 连接节点的设计准则
1.4 课题的研究意义及研究思路
1.4.1 课题的研究意义
1.4.2 课题的研究思路
1.5 国内外研究现状
1.5.2 销接节点的性能研究
1.5.2.1 结构用销钉的相关研究
1.5.2.2 张力结构销钉连接节点的相关研究
1.5.2.3 销钉连接节点的疲劳性能的研究
1.6 本文的主要工作
参考文献
第二章 规范综述
2.1 连接构件的设计
2.1.1 美国AISC-LRFD规范
2.1.1.1 连接件
2.1.1.2 眼头闩式连接件
2.1.2 英国BS5950规范
2.1.3 连接件设计小结
2.3 销钉连接的承载力设计
2.2.1 美国AISC-LRFD规范
2.2.2 BS5950规范
2.2.3 澳洲AS4100规范
2.2.4 承载力计算公式小结
2.3 本章小结
参考文献
第三章 张力节点静力试验
3.1 引言
3.2 节点构造介绍
3.3 承载力试验
3.3.1 试件制作加工图
3.3.2 材料试验结果
3.3.2 破坏试验结果
3.4 试验值与规范值的比较
3.4.1 销钉抗剪承载力
3.4.2 销钉承压承载力
3.4.3 节点板承压承载力
3.4.4 节点板的抗撕裂承载力
3.4.5 规范公式的适用性评价
3.5 文献[10]提出的节点板承载力设计公式
3.5.1 设计值与试验值的比较
3.5.2 推导过程
3.5.2.1 几何关系
3.5.2.2 物理关系
3.5.2.3 简化公式
3.5.3 分析
3.5 本章小结
参考文献
第四章 张力节点的有限元分析
4.1 前言
4.2 问题的非线性性质
4.3 基本理论
4.3.1 几何非线性分析理论
4.3.2 材料非线性基本理论
4.3.3 接触非线性基本理论
4.3.3.1 接触问题的分类
4.3.3.2 摩擦的基本概念
4.3.3.3 有限元法中有关接触的基本假定
4.3.3.3.1 计算假定
4.3.3.3.2 接触面的连续条件
4.3.3.3.3 接触判定条件
4.3.3.3.4 接触问题的计算模型
4.4 有限元软件中的设置
4.4.1 几何非线性的设置
4.4.2 材料非线性的设置
4.4.2.1 真实应力—真实应变关系
4.4.2.2 屈服准则
4.4.2.3 强化准则
4.4.3 接触非线性的设置
4.4.3.1 ANSYS的接触分类
4.4.3.1.1 基本理论
4.4.3.1.2 张力节点的接触类型和接触方式
4.4.3.2 ANSYS的接触单元
4.4.3.2.1 基本理论
4.4.3.2.2 张力节点的接触单元
4.4.3.3 接触问题的物理特性设置
4.4.3.3.1 网格划分
4.4.3.3.2 材料特性
4.4.3.3.3 实常数
4.4.3.3.4 调整初始接触条件
4.5 有限元模型的完备性
4.5.1 单元的选择
4.5.2 单元数目的影响
4.5.3 边界条件
4.5.4 摩擦系数
4.5.4.1 摩擦系数的影响
4.5.4.2 摩擦力的作用
4.5.4.3 摩擦系数的取值
4.3 本章小结
参考文献
第五章 摩擦对节点承载力影响的验证试验
5.1 试验目的
5.2 试验准备
5.2.1 试件的制备
5.2.2 制作试件的材料
5.2.3 试验装置
5.3 试验结果
5.4 试验存在的问题
5.5 本章小结
参考文献
第六章 参数研究
6.1 研究目的
6.2 参数分析
6.3 参数分析
参考文献
第七章 节点板的弹性力学解析解
7.1 前言
7.2 圆柱型各向同性圆拱的状态空间法
7.3 节点板的解析解
7.3.1 边界条件
7.3.2 自由项
7.3.3 方程组的求解
7.4 本章小结
参考文献
第八章 张力节点的疲劳
8.1 前言
8.2 节点的疲劳寿命
8.3 偏心对节点疲劳性能的影响
8.4 销钉直径对节点疲劳性能的影响
8.5 疲劳寿命预测
8.6 抗疲劳设计
8.7 本章小结
参考文献
第九章 节点设计建议
9.1 节点板的承载力估计公式
9.1.1 无偏心试件的承载力公式
9.1.2 偏心试件的承载力公式
9.2 销钉的承载力估计公式
9.3 立体试件的设计
9.4 安全裕度问题
9.4.1 设计确定的节点承载力
9.4.2 破断试验确定的承载力
9.4.3 安全系数的影响
9.4.4 安全系数的影响
9.5 本章小结
参考文献
第十章 结论
10.1 研究成果
10.2 进一步的工作
参考文献
致谢
发布时间: 2005-04-18
参考文献
- [1].大跨度葵花型空间索桁张力结构的理论分析和实验研究[D]. 蔺军.浙江大学2005
- [2].索杆张力结构刚度的动力监测理论研究[D]. 伍晓顺.浙江大学2017
- [3].索杆张力结构优化与控制研究[D]. 梁笑天.浙江大学2017
- [4].自适应索杆张力结构的理论研究与试验[D]. 李莎.浙江大学2014
- [5].基于向量式有限元的索杆结构精细化分析和倒塌破坏研究[D]. 陈冲.浙江大学2017
- [6].索杆张力结构的预张力偏差和刚度解析[D]. 夏巨伟.浙江大学2014
相关论文
- [1].空间可伸展结构的设计与动力学分析研究[D]. 胡其彪.浙江大学2001
- [2].空间可动结构设计与控制分析[D]. 岳建如.浙江大学2002
- [3].焊接钢结构疲劳强度与寿命预测理论的研究[D]. 管德清.湖南大学2003
- [4].空间可展天线结构的设计分析与索膜结构分析[D]. 李刚.浙江大学2004
- [5].开启式屋盖结构可动部件研究及风振相应分析[D]. 黄江.浙江大学2005
- [6].索膜结构的构造理论和柔性天线的结构分析[D]. 夏劲松.浙江大学2005
- [7].高耸结构风振响应和风振疲劳研究[D]. 王世村.浙江大学2005
- [8].大型铁路焊接钢桥疲劳断裂性能与安全设计[D]. 张玉玲.清华大学2005
- [9].空间可展结构展开过程动力学理论分析、仿真及试验[D]. 赵孟良.浙江大学2007
- [10].桁架式展开结构设计、分析及试验[D]. 侯国勇.浙江大学2008
标签：张力结构体系论文; 张力节点论文; 节点板论文; 销钉论文; 承载力论文; 几何参数论文; 大转角论文; 材料非线性论文; 接触非线性论文; 接触论文; 摩擦论文; 摩擦系数论文; 参数分析论文; 有限元论文; 疲劳论文; 状态空间法论文;