• ISSN 0258-2724
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一种新型单层网壳节点的力学性能研究

蔡健 王永琦 陈庆军 姜正荣 钱泉 左志亮

蔡健, 王永琦, 陈庆军, 姜正荣, 钱泉, 左志亮. 一种新型单层网壳节点的力学性能研究[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(1): 145-153. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170575
引用本文: 蔡健, 王永琦, 陈庆军, 姜正荣, 钱泉, 左志亮. 一种新型单层网壳节点的力学性能研究[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(1): 145-153. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170575
CAI Jian, WANG Yongqi, CHEN Qingjun, JIANG Zhengrong, QIAN Quan, ZUO Zhiliang. Research on Mechanical Behaviours of New Joints of Single-Layer Reticulated Shells[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(1): 145-153. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170575
Citation: CAI Jian, WANG Yongqi, CHEN Qingjun, JIANG Zhengrong, QIAN Quan, ZUO Zhiliang. Research on Mechanical Behaviours of New Joints of Single-Layer Reticulated Shells[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(1): 145-153. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170575

一种新型单层网壳节点的力学性能研究

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170575
基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金资助项目(51408230)
详细信息
    作者简介:

    蔡健(1959—),男,教授,博士,研究方向为混凝土结构、组合结构、结构抗震等,E-mail: cvjcai@scut.edu.cn

  • 中图分类号: TU398

Research on Mechanical Behaviours of New Joints of Single-Layer Reticulated Shells

  • 摘要: 针对空间网壳结构提出了一种适用于矩形杆件的新型焊接端板节点. 为研究该节点的力学性能,制作了一个1∶2的缩尺模型进行静载试验研究,试验得到了节点荷载-应变曲线、荷载-位移曲线及破坏模式,结果表明节点应力水平较低,构造合理;在对有限元分析结果进行验证之后,分析了节点变形、破坏形态、应力应变分布及传力机理随节点端板厚度t2与杆件壁厚t1之比、水平夹角α、平面外角度β的变化规律,分析结果表明,该节点形式有较高的承载能力,其中水平夹角α对节点极限承载力影响较大,且在60° 前后影响作用不同;最后,基于有限元分析结果提出了该类型节点的极限承载力计算公式,可供设计参考.

     

  • 图 1  新型焊接端板节点

    Figure 1.  New type of welded end-plate joint

    图 2  试件详图

    Figure 2.  Details of the joint

    图 3  多尺度分析结果

    Figure 3.  Results of multi-scale analysis

    图 4  试验加载装置

    Figure 4.  Test setup

    图 5  测点布置

    Figure 5.  Layout of the strain gauges

    图 6  节点破坏形态

    Figure 6.  Failure modes of the joint

    图 7  节点区测点荷载-应变强度曲线

    Figure 7.  Load-strain intensity curve of different parts of the joint

    图 8  节点区测点荷载-应变曲线

    Figure 8.  Lload-strain curve of different parts of the joint

    图 9  杆端荷载-位移曲线

    Figure 9.  Load-axial displacement curve of different bars

    图 10  节点区中心点荷载-竖向位移曲线

    Figure 10.  Load-vertical displacement curve in the center of the joint

    图 11  杆件荷载-位移曲线

    Figure 11.  Load-displacement curves of the joint

    图 12  部分测点荷载-应变曲线

    Figure 12.  Load-strain curve of some spots on the joint

    图 13  节点破坏时应力分布

    Figure 13.  Distribution of stress in the joint

    图 14  各角度含义

    Figure 14.  Meaning of different angles

    图 15  不同节点荷载-位移曲线

    Figure 15.  Load-displacement curves for different joints

    图 16  极限承载力影响

    Figure 16.  Factors for ultimate strength

    图 17  α ≤ 60°时的拟合结果

    Figure 17.  Fitting result for α ≤ 60°

    图 18  α > 60°时的拟合结果

    Figure 18.  Fitting result for α > 60°

    表  1  材性试验结果

    Table  1.   Material properties of the test specimens

    厚度/mm 屈服强度 极限强度 弹性模量
    6 0.345 0.440 180
    10 0.323 0.494 180
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    表  2  分析参数

    Table  2.   Parameters for analysis

    参数 取值
    α/(°) 30、38、45、60、68、75
    β1-β2-β3/(°) 0-0-0、2-3-4、4-4-4、4-6-8、8-8-8
    t1/mm 6、7、8
    t2/mm 6、8、10、12、14、16
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    表  3  节点破坏模式及条件

    Table  3.   Failure modes of joint and conditions

    项目 破坏模式A 破坏模式B 破坏模式C 破坏模式D 破坏模式E
    α α ≤ 60° α ≤ 60° α ≤ 60° α > 60° α > 60°
    t2/t1 t2/t1 ≤ 1.00 1.00 < t2/t1 < (1.50~2.00) (1.50~2.00) < t2/t1 较小 较大
    破坏位置 端板及杆件壁屈曲 近节点区杆件壁屈曲 杆件1、2和3屈曲 端板及杆5端部屈曲 杆件5屈曲
    类别 节点区破坏 节点区破坏 杆端破坏 节点区破坏 杆端破坏
    节点PEEQ图
      注:表中“节点PEEQ图”仅截取部分显示.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-07-25
  • 修回日期:  2018-01-18
  • 网络出版日期:  2018-05-16
  • 刊出日期:  2019-02-01

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