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湖南大学
硕士学位论文
管板节点受拉极限承载力理论分析与设计方法研究
姓名:陈方红
申请学位级别:硕士
专业:结构工程
指导教师:舒兴平
20070510
管板节点受拉极限承载力理论分析及设计方法研究
摘要
钢管截面通常用作网架和网壳结构的受力杆件或支撑钢框架中的支撑构件,
为了简化制作安装,避免复杂的相贯线切割,通常将钢管开长槽孔和插入的钢板
焊接,这种节点还可以用空心球或弧形板进行补强,这类以钢板为主要传力构件
的节点可统称为管板节点。目前,国外有一些规范对未补强的管板节点的受拉性
能作出了规定,但没有考虑到节点的补强形式。在中国,管板节点受拉性能的研
究尚处于起步阶段,钢结构规范还未作出相关规定。
本文在国内外试验资料的基础上,采用通用有限元程序 ANSYS 对管板节点
的受拉性能进行非线性有限元分析研究,进行分析时考虑了材料特性和几何参数
两个方面的影响。其中,对未补强的管板节点的几何参数分析主要考虑无量纲参
数钢板插入钢管长度与钢管直径之比α对该类节点破坏模式和极限承载力的影
响;对用球补强的管板节点的几何参数分析主要考虑两个无量纲参数:空心球直
径与钢管外径的比值β= Dd/ 和空心球壁厚与钢管壁厚的比值γ= ttqg/ 对该类节
点破坏模式和极限承载力的影响;对用板补强的管板节点的几何参数分析主要考
虑补强钢板覆盖角度θ和无量纲几何参数补强钢板长度与钢管外径的比值
δ= Ldb / 对该类节点破坏模式和极限承载力的影响。
由于钢管截面只是部分和钢板连接,在拉力作用下,管板节点容易发生剪切
滞后引起的净截面破坏。就未补强的管板节点而言,剪切滞后现象比较严重,几
何参数α决定了节点的破坏模式;当节点用球补强时,由于空心球能传递部分拉
力,和未补强的管板节点相比,剪切滞后现象明显减弱,空心球的几何尺寸成为
影响节点受拉极限承载力的主要因素;当节点用板补强时,若弧形板覆盖角度
θ≥ 65D ,则随着弧形板长度的增加,节点受力性能有明显改善。
根据有限元分析的结果,本文拟合了管板节点受拉极限承载力的设计公式,
公式中确定了各因素 fuyf 、α、β、γ、δ、θ对管板节点的净截面效率的影响
程度,为我国钢结构规范建立管板节点受拉极限承载力设计公式及有关拉杆的设
计公式的进一步完善提供了参考,同时对实际工程也有一定的参考价值。
关键词:管板节点;非线性有限元分析;受拉极限承载力;净截面破坏;剪切滞
后;净截面效率

II
硕士学位论文
Abstract
Hollow structural Sections (HSS) monly used as members in space
trusses and lattice shells or as bracing members in steel-framed buildings. The tubes
are frequently slotted onto gusset plate to simplify fabrication and avoid profiling.
These joints are known as gusset plate connections to slotted tubes which can be
strengthened by welded hollow sphere or cambered plate. As yet, some design
proposals abroad are only valid to gusset plate connections to slotted tubes which
aren’t strengthened. In China, the study of gusset plate connections to slotted tubes is
initiatory, for which there isn’t design proposal in Code for Design of steel structures.
Based on the experimental study around the world, analysis of nonlinear finite
element for ultimate tensile strength of gusset plate connections to slotted tubes with
ANSYS program are carried out in this dissertation. E