天津图书馆主体钢结构分析及重要节点研究

论文摘要

钢管混凝土组合结构作为一种新型的结构形式,以良好的受力性能和建筑适用性显示出广阔的发展前景。本文以天津图书馆主体结构为工程背景,针对主体结构和重要节点的选型及受力性能展开分析研究,为实际工程设计与施工提供理论支持,也为今后类似工程的设计与研究提供经验参考。本文首先简述了钢框架-支撑结构体系、管桁结构体系及钢管混凝土节点的国内外发展应用概况,介绍了本课题的工程背景,提出本文主要的研究内容。天津图书馆建筑造型独特,结构传力复杂。对主体结构选用组合钢框架-支撑与交叉桁架结构相结合的复杂结构体系,并进行了结构设计。利用有限元分析方法对主体结构展开了静力性能、抗震性能及稳定性能等方面的分析研究;考察了局部悬挑结构的承载力、稳定性等性能;分析了悬挑走廊的舒适度,以保证结构的正常使用功能。根据主体结构的受力特点,对结构的节点进行了选型与设计,主要包括隔板贯通节点、外肋环板节点、铸钢节点和桁架焊接节点等形式,并对各类节点进行了力学性能的有限元分析,对节点的受力性能做出评价。选了取两种代表性形式的铸钢节点进行了力学性能的理论分析与试验研究,通过对比分析两种研究结果,保证了铸钢节点在设计荷载下的承载能力,也验证了有限元分析方法和试验方法的合理性。最后,对主体结构的施工阶段荷载转换过程进行了有限元模拟分析,对结构应力与变形的监测值与理论值进行了对比分析,考察荷载转换过程中结构的强度与刚度变化,为施工方案的确定提供理论支持,保证施工过程的顺利进行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 组合钢框架-支撑结构体系概述
• 1.2.1 钢管混凝土组合结构的发展概况
• 1.2.2 钢框架-支撑结构体系概述
• 1.2.3 组合钢框架-支撑结构体系的发展现状
• 1.3 管桁结构体系概述
• 1.3.1 管桁结构的分类
• 1.3.2 矩形钢管桁架的发展研究概况
• 1.4 组合钢框架结构梁柱节点概述
• 1.4.1 钢管混凝土柱-钢梁节点分类
• 1.4.2 隔板贯通节点的研究现状
• 1.5 天津图书馆工程背景
• 1.5.1 建筑设计理念
• 1.5.2 结构设计条件
• 1.6 本文研究的内容
• 第二章 天津图书馆主体结构体系研究
• 2.1 主体结构的特点
• 2.2 主体结构体系的选定
• 2.2.1 钢-混凝土结构
• 2.2.2 复杂钢结构体系
• 2.3 结构设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 天津图书馆主体钢结构力学性能分析研究
• 3.1 静力性能分析
• 3.1.1 ANSYS 整体模型的建立
• 3.1.2 整体结构的静力计算
• 3.2 抗震性能分析
• 3.2.1 自振模态分析
• 3.2.2 分析方法
• 3.2.3 有限元计算分析
• 3.3 稳定性能分析研究
• 3.3.1 分析方法
• 3.3.2 整体结构稳定性能分析
• 3.3.3 局部悬挑结构的稳定性能分析
• 3.4 悬挑结构的舒适度性能分析
• 3.4.1 舒适度的概念与理论研究
• 3.4.2 理论计算与有限元数值模拟分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 天津图书馆节点设计及分析研究
• 4.1 节点选型与设计
• 4.1.1 组合钢框架的梁柱节点
• 4.1.2 空间交叉桁架节点
• 4.1.3 支撑节点
• 4.2 节点力学性能分析
• 4.2.1 隔板贯通节点的静力性能
• 4.2.2 铸钢节点的静力性能
• 4.2.3 桁架焊接节点的静力性能
• 4.2.4 悬挑走廊抗扭节点的静力性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 两种试验铸钢节点静力性能研究
• 5.1 试验节点的概况
• 5.2 试验节点的有限元分析
• 5.2.1 节点1 有限元分析
• 5.2.2 节点2-1 有限元分析
• 5.2.3 节点2-2 缩尺模型有限元分析
• 5.3 试验节点的有限元结果与试验结果对比分析
• 5.3.1 节点1 实物节点
• 5.3.2 节点2-1 实物节点
• 5.3.3 节点2-2 缩尺模型
• 5.4 误差分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 施工阶段荷载转换过程分析研究
• 6.1 研究背景
• 6.1.1 施工荷载转换原则
• 6.1.2 临时支承体系的种类
• 6.1.3 临时支撑拆除的方法与理论依据
• 6.2 荷载转换方案的确定
• 6.2.1 荷载转换顺序
• 6.2.2 临时支撑的布置及约束条件
• 6.3 荷载转换过程有限元数值模拟分析
• 6.3.1 整体模型的建立
• 6.3.2 计算条件与假定
• 6.3.3 有限元数值模拟结果
• 6.4 有限元分析与施工监测的结果对比
• 6.5 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢