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组合管桁架承载力试验研究及理论分析

作　者: 陶涛
导　师: 何若全
学　校: 苏州科技学院
专　业: 结构工程
关键词: 组合管桁架模型试验非线性有限元分析极限抗弯承载力
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 35次
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内容摘要

组合桁架同普通实腹式组合梁相比,结构自重轻、刚度大、造价低,同纯钢桁架相比,结构延性和稳定性能好,承载能力高。这种结构在公路、桥梁以及高层、超高层房屋建筑上的楼面结构中得到了广泛的应用,显示出了广阔的发展前景。组合管桁架是组合桁架的一种形式,其上下弦、腹杆均采用闭合截面的钢管,通过栓钉将管桁架与混凝土翼缘板建立可靠的连接。随着相贯线数控切割技术的发展和应用,使管桁架的制作和施工十分方便,因而研究组合管桁架的受弯承载性能具有工程应用价值。本文首先进行了两个不同板厚的组合管桁架缩尺模型试件竖向单调加载试验,观察了组合管桁架在各个受力阶段的变形性能,构件的受力状态以及结构的破坏模式；通过试验实测数据,得到了试件的荷载—挠度曲线和挠度分布曲线,分析了组合管桁架混凝土板面、管桁架、以及整个组合管桁架的控制截面上沿截面的应变及应力分布情况,为有限元模型的建立提供了依据。接着本文采用有限元分析软件ANSYS对其中一根试验梁的加载全过程进行了非线性有限元模拟,模拟的计算结果与试验结果吻合较好,验证了本文有限元模型选择的合理性,能够为深入分析提供依据；随后本文根据实际情况首先设计了一根跨度为15m的组合管桁架,并进行抗弯承载力有限元分析,详细分析了试件的荷载—变形曲线,破坏机理以及破坏时各构件的应力分布情况；在此基础上,应用有限元软件分析了混凝土板厚度、混凝土强度、钢材强度、高跨比、上下弦杆面积比等因素对组合管桁架抗弯承载力的影响,并且做出了定性的分析；然后本文根据现行钢结构设计规范中组合梁的抗弯极限承载力公式推导出组合管桁架的塑性抗弯承载力计算公式,并通过算例和有限元计算结果对比,结果吻合较好,验证了其正确性。最后总结了全文的主要结论并提出了有待于进一步进行试验研究与理论分析的问题。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
第一章绪论  11-19
  1.1 组合桁架的研究背景  11-13
    1.1.1 组合结构的研究和应用情况  11-12
    1.1.2 组合梁的研究和应用情况  12-13
  1.2 组合桁架的发展状况和工程应用  13-17
    1.2.1 组合桁架的特点  13
    1.2.2 组合桁架国内外研究发展情况  13-16
    1.2.3 组合桁架国内外的应用状况  16-17
  1.3 本文研究的主要内容  17-19
第二章组合管桁架抗弯承载力试验研究  19-41
  2.1 试件概况  19-24
    2.1.1 试验目的  19
    2.1.2 试件设计  19-22
    2.1.3 材料性能  22-24
  2.2 试验方案  24-29
    2.2.1 加载装置  24-25
    2.2.2 测点布置  25-29
    2.2.3 加载方案  29
  2.3 试验概况  29-31
    2.3.1 试验过程  29-30
    2.3.2 试件的破坏形态  30-31
    2.3.3 试件的破坏机理  31
  2.4 试验结果分析  31-40
    2.4.1 组合管桁架的变形性能分析  32-34
    2.4.2 管桁架和混凝土翼板之间的剪切滑移分析  34-35
    2.4.3 钢管桁架腹杆的应变及轴力分析  35-37
    2.4.4 钢管桁架上弦杆的应变及轴力分析  37-38
    2.4.5 组合管桁架控制截面应变分析  38-40
  2.5 本章小结  40-41
第三章组合管桁架非线性有限元分析  41-55
  3.1 有限元分析方法  41-42
    3.1.1 有限元法概述  41
    3.1.2 有限元法的基本原理  41-42
    3.1.3 有限元法一般步骤  42
  3.2 有限元建模  42-50
    3.2.1 有限元单元类型  43-45
    3.2.2 材料模型参数  45-49
    3.2.3 网格划分  49-50
    3.2.4 求解方法  50
  3.3 非线性分析与试验验证  50-54
    3.3.1 试件设计与有限元建模  50-51
    3.3.2 有限元验证  51-54
  3.4 本章小结  54-55
第四章组合管桁架抗弯承载力分析的数值模拟结果  55-72
  4.1 典型组合管桁架试件抗弯承载力有限元分析  55-57
    4.1.1 组合管桁架试件设计  55-56
    4.1.2 组合管桁架试件数值模拟结果  56-57
  4.2 分析试件参数设计  57-59
  4.3 各参数对承载力的影响分析  59-66
    4.2.1 混凝土翼缘板板厚的影响  59-60
    4.2.2 混凝土强度的影响  60-62
    4.2.3 钢材强度的影响  62-63
    4.2.4 桁架高跨比的影响  63-64
    4.2.5 桁架钢管截面尺寸的影响  64-66
  4.4 完全剪切连接组合管桁架塑性抗弯承载力计算公式  66-70
    4.4.1 完全剪切连接组合管桁架塑性抗弯承载力计算公式推导  66-68
    4.4.2 完全剪切连接组合管桁架塑性抗弯承载力计算算例  68-70
    4.4.3 有限元分析结果对比  70
  4.5 本章小结  70-72
第五章结论与展望  72-74
  5.1 本文工作总结  72-73
  5.2 进一步工作的展望  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
作者简历  78
攻读硕士学位期间所发表的论文  78

组合管桁架承载力试验研究及理论分析

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