钢筋位置对环板应力的影响分析

论文摘要

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。梁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。一直以来,随着钢管混凝土结构的广泛应用,国内外研究人员对钢管混凝土柱的外加强环式节点进行了大量的研究。虽然目前外加强环式节点的理论公式已相对成熟,但这些公式都是在研究时所定的标准构造条件下所得出的。而在实际工程中,节点的构造根据不同的情况往往是不规则的,对于这方面的研究还不够深入。当由于梁柱尺寸等原因,造成钢筋混凝土梁的纵向钢筋无法焊接在外加强环板的外伸部分而需直接焊接于外加强环板上时,必然会导致外加强环板的应力分布和受力性能的改变。针对这一情况本文引用呼和浩特火车东站工程主结构局部位置梁柱节点的原始模型,根据研究需要选取了节点外加强环板部分进行研究,运用大型通用有限元程序ANSYS进行模拟,采用SOLID45单元和BEAM188单元分别模拟环板及钢管柱和钢筋,通过耦合节点自由度实现两种单元之间力的传递,以直接焊接在环板上的钢筋数量、钢筋焊接位置、钢筋间距以及加强环板的宽度为参数,得出了节点环板在受钢筋集中力的复杂受力状况下的等效应力值,分析了直接焊接钢筋对环板应力分布的影响,总结出了相应的规律,为以后该种节点的设计提供了有用的基本信息,对相应的工程实际有一定的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 钢—混凝土组合结构概述
• 1.1.2 钢管混凝土结构的特点
• 1.1.3 钢管混凝土结构的发展概况
• 1.2 钢管混凝土节点
• 1.2.1 钢管混凝土节点传力机理及设计原则
• 1.2.2 钢管混凝土节点类型
• 1.2.3 钢管混凝土节点研究现状
• 1.3 本文拟进行的主要工作
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 本文的主要工作
• 第2章 有限元分析理论
• 2.1 有限元基本理论
• 2.1.1 有限元方法介绍
• 2.1.2 有限元法的分析步骤
• 2.2 有限元分析软件ANSYS介绍
• 2.2.1 ANSYS简介
• 2.2.2 ANSYS软件主要特点
• 2.2.3 ANSYS计算分析过程
• 2.2.4 屈服准则
• 第3章 外加强环板的有限元计算模型
• 3.1 外加强环式节点
• 3.1.1 外加强环式节点的特点
• 3.1.2 外加强环板类型
• 3.1.3 外加强环板的构造要求
• 3.1.4 外加强环板的拉力以及宽度和厚度的计算
• 3.1.5 竖向抗剪肋板
• 3.2 模型的简化
• 3.2.1 实际工程模型
• 3.2.2 简化后的模型
• 3.3 钢筋的布置及其集中荷载
• 3.3.1 钢筋的间距以及焊接位置
• 3.3.2 钢筋的集中荷载
• 3.4 建立有限元模型
• 3.4.1 模型的建立和计算假定
• 3.4.2 单元介绍
• 3.4.3 定义材料属性
• 3.4.4 定义边界条件及加载制度
• 3.5 本章小结
• 第4章 直接焊接钢筋的有限元计算分析
• 4.1 只在环板外伸部分焊有钢筋时的环板应力
• 4.2 直接焊钢筋时钢筋数量对环板应力的影响
• 4.2.1 在环板外伸部分的每侧加焊一根钢筋
• 4.2.2 在环板外伸部分的每侧加焊二根钢筋
• 4.2.3 在环板外伸部分的每侧加焊三根钢筋
• 4.2.4 比较分析
• 4.3 直接焊钢筋时钢筋焊接位置对环板应力的影响
• 4.3.1 焊接位置向环板内深入30mm
• 4.3.2 焊接位置向环板内深入60mm
• 4.3.3 比较分析
• 4.4 直接焊钢筋时钢筋间距对环板应力的影响
• 4.5 环板宽度C对环板应力的影响
• 4.5.1 环板宽度取400mm
• 4.5.2 环板宽度取450mm
• 4.5.3 环板宽度取500mm
• 4.5.4 环板宽度取550mm
• 4.5.5 比较分析
• 4.6 环板宽度计算公式的适用范围
• 4.6.1 400mm宽的环板加焊5根钢筋
• 4.6.2 400mm宽的环板加焊6根钢筋
• 4.6.3 450mm宽的环板加焊6根钢筋
• 4.6.4 比较分析
• 结论及展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献