鸟嘴方钢管节点静力性能试验研究-建筑与土木工程专业论文.docx

摘要摘要将普通方钢管节点的主管沿着其纵向轴线旋转 45°与支管相贯焊接，因其侧 立面酷似鸟的头部与喙部相连的造型，故称之为鸟嘴型节点。“鸟嘴型”节点可分 为方管鸟嘴型节点和钻石鸟嘴型节点。“鸟嘴型”节点由于其特殊的建筑造型， 更能够满足建筑美观的需求。另外，在方钢管结构中，交汇于节点的钢管数量较 多或结构较为复杂时，调整主管与支管的角度，有利于节点的搭接，对于节点的 受力性能也有所提高。由于上述优点，鸟嘴方钢管节点已经广泛应用于建筑工程 之中，但研究工作的相对滞后限制了其在工程中的应用，因此对于该类节点静力 性能的研究已成为当前迫切需要解决的课题。本文以试验为基础，从基本的 T 型轴压节点、X 型平面内受弯节点以及 X 型平面外受弯节点入手，结合有限元数值模拟和参数分析，主要对节点的受力性 能、破坏模式、静力极限承载力以及几何参数和不同连接方式对其极限承载力和 刚度的影响进行研究。本文首先进行的是 T 型轴压节点、X 型平面内受弯节点以及 X 型平面外受 弯节点的静力性能试验研究。分别对 9 个 T 型轴压节点、9 个 X 型平面内受弯节 点以及 9 个 X 型平面外受弯节点进行 3 组静力试验，其中每组试验均包括 3 个 普通方管相贯节点、3 个方管鸟嘴节点以及 3 个钻石鸟嘴节点。在介绍了试验方 案后对节点受力性能、破坏模式、静力极限承载力进行了考察，并讨论了不同 β 值（支管边长与主管边长之比）、不同连接方式对节点极限承载力与延性的影响。试验结果表明：对于 T 型轴压节点，相比普通方管相贯节点，方管鸟嘴节 点以及钻石鸟嘴节点的极限承载力和延性均有提高；随着 β 值的增大，节点极限 承载力、初始抗压刚度、延性比增大。对于 X 型平面内受弯节点，相比普通方 管相贯节点，方管鸟嘴节点以及钻石鸟嘴节点的极限承载力和延性均有提高。对 于平面外受弯节点，相比普通方管相贯节点，方管鸟嘴节点以及钻石鸟嘴节点的 极限承载力和延性均有提高；随着 β 值的增大，试件的极限抗弯承载力增大。随后，本文进行节点极限承载力的有限元适应性分析。综合考虑各方面因素， 通过有限元方法对所有试件的受力全过程进行模拟，将其作为对节点试验的补 充；经与试验结果比较，采用经过校准的有限元模型能较好地计算 T 型轴压节 点、X 型平面内受弯节点以及 X 型平面外受弯节点的极限承载力，可以作为后 文该类节点有限元参数分析的依据。之后，本文对 64 个方管鸟嘴 T 型轴压节点、64 个钻石鸟嘴 T 型轴压节点、27 个方管鸟嘴 X 型平面内受弯节点、27 个钻石鸟嘴 X 型平面内受弯节点、27I华侨大学硕士学位论文个方管鸟嘴 X 型平面外受弯节点以及 27 个钻石鸟嘴 X 型平面外受弯节点，共计236 个节点进行有限元参数分析，得出节点的受力全过程、节点破坏模式、几何 参数对极限承载力的影响。分析表明：方管鸟嘴节点以及钻石鸟嘴节点的极限承 载力与无量纲参数——支管边长与主管边长之比 β、主管边长与两倍主管壁厚之 比 γ、支管壁厚与主管壁厚之比 τ 密切相关。其中，试件的极限承载力随着 β 值 和 τ 值的增大而增大；随着 γ 值的增大而减小。根据有限元参数分析结果，基于 主管和支管大部分进入塑性的原则，给出了该类节点在工程中的实用设计方法。然后本文将欧洲规范中关于普通方管相贯节点的极限承载力公式作为基准， 通过一元线性回归得到了极限承载力计算公式，经与参数分析结果的对比，验证 了所得公式具有较高精度及可靠性。最后，总结了本文研究的不足，为今后的方钢管节点的研究指明了方向。 关键词： 方管鸟嘴节点 钻石鸟嘴节点 试验研究破坏模式极限承载力有限元分析II Abstract AbstractThe side view of the SHS joints with the chord rotated by 45 degrees along its longitudinal axial which are called bird-beak joints is similar to the shape of head and beak of bird. The bird-beak joints contain square bird-beak joints and diamond bird-beak joints. Bird-beak joints are able to meet the demand of structural aesthetics for their specious structural modeling. In addition, rotating the angle of chord and brace is good for the connectio