焊接平面管桁架足尺试验及有限元分析

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纵观国内外对平面管桁架的研究状况,大多数学者针对的是整体或节点的某一项或多项进行研究,很少有将整体结构和节点一起来进行研究的。在研究方法上也主要是理论分析和有限元分析相结合。对于试验研究,一般仅针对整体结构或节点进行缩尺试验或仅对节点进行足尺试验,鲜有对整体结构进行足尺试验研究的。   本文以焊接平面管桁架为研究对象,对其在实际使用荷载作用下进行了足尺试验;在考虑几何非线性和材料非线性的前提下,通过有限元软件ABAQUS对整体桁架及节点进行有限元分析;将整体桁架有限元分析结果结合工程软件计算值同试验数据进行比较,分析了节点转度刚度对整体桁架的极限承载能力以及位移的影响;通过分析试验破坏节点和理论破坏节点的破坏模态和极限承载力与整体桁架的关系,论证了有限元分析的正确性及焊接平面管桁架在实际工程中应用的可行性,为今后的试验及理论研究提供有益的参考。   主要结论如下:   ●桁架极限承载力试验值是荷载标准值的1.82-2倍,且大于工程软件计算值,同时试验中桁架跨中挠度满足规范限值要求,证明在实际荷载作用下该桁架可安全使用。   ●分析和比较工程软件计算值、试验数据及有限元分析结果,三者的极限承载力都十分接近,以及有限元分析中节点的破坏模态和试验相吻合,均说明了有限元分析结果的正确性。   ●通过对整体桁架进行有限元分析可知,弦杆对腹杆的转动约束刚度对整体桁架的受力性能有较大影响:当节点简化为刚接时,杆件应力的分布接近实际情况,但桁架整体刚度偏大;当完全释放其转动刚度时,整体桁架的极限承载力和位移接近实际,但应力分布与实际不符。   ●初始缺陷等引起的平面外侧移会在一定程度上降低桁架的极限承载力。
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