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圆钢管空间KT型相贯节点极限承载力分析的开题报告
一、选题背景
随着建筑结构的发展和建筑质量的要求不断提高，人们对建筑结构的安全性能和耐久性能的要求也越来越高。
因此，对于建筑结构中的节点承载力问题的研究具有重
要意义。
二、研究内容
本次研究选取圆钢管空间KT型相贯节点为研究对象，采用数值模拟方法对节点
的极限承载力进行分析，考虑材料性能、几何尺寸、内力状态等因素，寻求影响节点
极限承载力的主要因素，为节点设计提供理论支持。
三、研究方法
1.采用有限元软件进行数值模拟，建立节点的三维有限元模型；
2.设置不同的边界条件和荷载情况，进行强度分析，获得节点的极限承载力；
3.通过分别改变材料、几何尺寸、内力状态等因素，进行灵敏度分析，分析因素对节点极限承载力的影响程度；
4.对分析结果进行统计分析和图表展示，总结主要因素对节点承载力的影响规律。
四、研究意义
1.通过数值模拟分析，深入探究KT节点的极限承载力，为节点设计提供参考依据；
2.通过研究分析节点结构的供应能力，强化了节点的信息储备与服装业接近；
3.对国内有限元分析技术有一定贡献。
五、研究进度安排
1.文献查阅与分析；
2.建立节点三维有限元模型；
3.设置不同的边界条件和荷载情况，进行强度分析；
4.灵敏度分析，分析因素对节点极限承载力的影响程度；
5.对分析结果进行统计分析和图表展示；
6.撰写论文，进行修改和完善。
六、预期成果
1.具有一定的理论研究价值，并可应用于实际工程设计中；
2.学术论文一篇，发表在权威的期刊上；
3.准备参加相关学术会议进行交流和展示。
第28卷第8期Vol.28 No.8 工程力学2011年 8 月Aug. 2011 ENGINEERING MECHANICS 219 文章编号：1000-4750(2011)08-0219-07平面K型主圆支方钢管节点力学性能数值分析*陈誉1,2，唐菊梅1(1. 华侨大学土木工程学院，福建，泉州 362021；2. 同济大学土木工程学院，上海 200092)摘 要：以平面K型主圆支方钢管节点的试验数据为基础，建立有限元参数分析模型，进行了非线性有限元参数分析。
研究揭示了节点受力全过程，破坏模式以及分布规律。
重点考察了支管边长与主管直径比值β、主管的径厚比γ和支管与主管的壁厚比τ对节点极限承载力的影响。
有限元参数分析结果表明：主管的径厚比γ和支管与主管的壁厚比τ对节点极限承载力影响较大，而支管边长与主管直径比值β影响较小；γ和τ值均比较小的节点破坏时支管达到杆件极限承载力，说明节点效率大于1，其它几何参数的节点破坏时支管并没有达到杆件极限承载力即节点效率小于1。
在国际焊接协会中的平面K型圆钢管节点极限承载力计算公式的基础上，应用多元线性回归方法拟合出平面K型主圆支方钢管节点的承载力计算公式；通过公式本身的回归校验和试验结果以及有限元数据的统计分析，证明该文建立的该类节点极限承载力计算公式具有较高精度。
关键词：平面K型主圆支方钢管节点；力学性能；数值分析；极限承载力；计算公式中图分类号：TU392.3 文献标志码：ANUMERICAL SIMULATION AND EXPERIMENTAL VALIDATION OF MECHANICAL PROPERTIES OF UNSTIFFENED K-JOINTS WITHCIRCULAR CHORD AND SQUARE BRACES*CHEN Yu1,2 , TANG Ju-mei1(1. College of Civil Engineering, Huaqiao University, Quanzhou, Fujian 362021, China;2. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: A finite element model simulating the behavior of un-stiffened K-joints with circular chord and square braces was established. Numerical simulation reveals failure process and propagation of plasticity of joints and failure modes. The effect of diameter ratio of branch to chord β, ratio of chord radius to thickness γ, and thickness ratio of branch to chord τon ultimate capacity of the joints was also studied. Parametric analysis indicates that γand τ have large effect on ultimate capacity of joints compared with β. Joints with small γand small τyield completely.Based on the design equation of circular hollow section K-joints by International Institute of Welding, a formula predicting the ultimate capacity of unstiffened K-joints with circular chord and square braces was proposed by applying multivariate regression analysis. Results calculated using the proposed design equations agree well with experimental results and finite element analysis results, so the design equation of unstiffened K-joints with circular chord and square braces was validated.Key words: unstiffened K-joints with circular chord and square braces; mechanical properties; numerical simulation; ultimate capacity; design equation———————————————收稿日期：2011-01-15；修改日期：2011-03-11基金项目：国家自然科学基金项目(51008133)；福建省自然科学基金计划项目(2010J01299)；大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室基金项目(LP0705)；桥梁结构工程交通行业重点实验室开放基金项目(CQSLBF-Z07-1)；泉州市第一批技术研究与开发项目(重点项目)(2009Z48) 作者简介：*陈誉(1978―)，男，湖北荆州人，副教授，博士，硕导，从事钢结构和组合结构方面研究(E-mail: kinkingingin@)；220 工程力学主管采用圆管支管采用方管的钢管桁架由于受力更为合理，故已经逐步应用在越南国家体育场屋盖结构等大跨度结构体系中。
圆钢管空间KT型相贯节点极限承载力分析【中文摘要】空间KT型相贯节点是三角形钢管桁架结构体系中一种常见的节点形式,现行《钢结构设计规范》GB50017-2003还不能解决此类节点的设计题目。
本文考虑材料非线性和几何非线性,采用ANSYS有限元程序对空间KT型圆钢管相贯节点进行了有限元分析。
本文的主要研究内容如下:①利用ANSYS软件建立空间KT型节点有限元模型,通过对不同计算模型的分析结果的对比确定合适的计算模型。
②与平面节点相比,空间效应(荷载效应、几何效应)对空间节点极限承载力的影响不可忽略。
因此,首先探讨了空间效应对KT型节点承载力和受力性能的影响,得出了T支管与K支管在节点处的承载力(考虑T支管受拉、压两种情况)相关曲线,及支管轴力比m对节点极限承载力的影响。
③研究了空间KT型节点的破坏模式,对其进行了进一步分类,并根据分类选取有代表性的支管轴力比m分别探索了各加载阶段节点变形、节点应力和塑性区分布规律等重要受力性能。
④分析KT型节点极限承载力随主管径厚比γ、支管与主管外径比β以及T支管与K支管横向夹角φ等参数变化的规律;同时,针对不同的支管轴力比m分别还研究了主管轴压应力n对节点极限承载力的影响。
分析表明,除φ外,其余参数对节点极限承载力的影响均较为明显;主管受轴压时节点极限承载力下降,其降低程度可按本文建议的φn来计算;节点破坏时支管的极限荷载是相互关联的,其相关关系可参考本文建议公式。
⑤通过与现行规范GB50017-2003中平面节点公式的比较分析,提出了圆钢管空间KT型相贯节点极限承载力设计值的建议公式。
');【Abstract】 Multiplanar CHS KT-joint is one of the typical joint configurations in space tubular truss with triangular section. However, the present code GB50017-2003 can not figure out the design of these joints. Finite element analysis of ultimate capacity of multiplanar CHS KT-joints is carried out with ANSYS program in this ***, which takes geometric and material nonlinearity into consideration.The main research content in this article is as follows.①First, the models of multiplanar CHS KT-joints are established by using ANSYS program.Through comparative analysis of different models t he appropriate model is established.②Compared with uniplanar joints, space effect, which include the load effect and geometric effect, is an extra and important factor influenced the ultimate capacity of multiplanar joints and can’t be ignored. So the influence of the space effect on the ultimate capacity of KT-joints is studied by FEM. And the intersection curves of the ultimate capacity of T branch and K branch are obtained. Also the influence of the axial force ratio of T branch to K branch on the ultimate capacity of KT-joints is studied.③Finally the failure modes of multiplanar CHS KT-joints are discussed, and the detailed classification is given. Also the history of node displacement, node stress and plasticity spread with loading of different m isdes cribed.④The effect laws of the parametersγ,βandφto theultimate capacity are depicted. Meanwhile the influence of compressed stress ratio in chord n on the ultimate capacity of different m is studied. It shows the influence of all parameters exceptφon the ultimate capacity is obvious. While the chord is compressed, the ultimate capacity decreases, this *** suggestφn could be used to calculate the decreased degree. While KT-joint destroy, the ultimate capacities of branches are interdependence, their relationship could refer to the formula proposed in this ***.⑤Compared with the results got from the formulas of uniplanar joints in code GB50017-2003, the formula of multiplanar CHS KT-joints which can be used in design is propose.。
钢管混凝土柱节点承载力有限元分析摘要：以某钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，分析节点在复杂受力状态下的承载能力，通过分析有限元计算结果，节点满足设计要求。
关键词：有限元分析，节点承载力，ABAQUS，塑性损伤模型引言作为构件连接与传力的重要部分，钢结构节点受力分析是结构安全的重要保障。
本文以一主展馆钢管桁架与钢管混凝土柱的连接节点为研究对象，采用有限元软件ABAQUS，分析节点的承载能力，并与试验结果比较，验证节点安全性。
1.有限元模型1.1.材料本构模型钢管桁架弦杆与钢管混凝土柱外壁为Q345钢材，采用四折线理想弹塑性本构模型，如图1[1]。
图1 钢管本构模型钢管混凝土柱核心混凝土标号为C40，采用塑性损伤本构模型。
此本构模型假定：在不大于4或5倍的极限单轴压应力的低围压条件下，混凝土为脆性材料，主要破坏机理表现为拉裂与压碎。
在模拟混凝土在单向、循环及动荷载作用下的不可逆损伤破坏行为等方面，塑性损伤本构模型具有较好收敛性能[1]。
混凝土単轴应力应变关系见式（1）、（2）[2]：受压时：（1）受拉时：（2）其中，、或为混凝土峰值单轴压、拉应力，为对应峰值应变，为单轴全应力应变关系曲线的参数值，取值见文献[2]。
参考文献：[1]、[3]，可得压缩损伤值、拉伸损伤值与非弹性应变、开裂应变的关系，其曲线如图2。
（a）压应力-非弹性应变关系（b）损伤值-非弹性应变关系（c）拉应力-开裂应变关系（d）损伤值-开裂应变关系图2 混凝土C401.2.模型建立本文研究的节点为桁架的各杆件通过节点板与钢管混凝土柱连接，其杆件布置图如图3，GGKZ为钢管混凝土柱，有限元模型如图4。
图3 桁架杆件布置图（a）整体模型及杆件编号（b）节点板模型图4 有限元模型假定钢管柱范围内节点板完全嵌固在核心混凝土中，不考虑它们之间的滑移，其接触采用embedded region命令。
假定核心混凝土与钢管相互作用分解为法向与切向两个方向作用：法线方向为硬接触（hard contact），切向作用采用库伦摩擦模型（coulomb friction）模拟：接触面可传递法向压力，并在切向产生摩擦力，其摩擦系数取0.6[4]，当切向力大于临界摩擦力时，接触面即发生相对滑移，结合工程实际，假定滑移为小滑移（small sliding）；当接触面法向压力为零或者负值时，两接触面分离，相应节点接触被解除。
