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硕士学位论文 钢管节点抗冲击性能的研究，说明书共97页，46278字。
第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 钢结构节点 3
1.2.1钢管结构节点的形式 3
1.2.2钢管结构相贯节点 4
1.3 相关课题研究现状 5
1.3.1 钢材动态力学性能研究 5
1.3.2 对钢管抗冲击性能的研究 6
1.3.3 钢管结构抗冲击性能的研究 11
1.4 管节点抗冲击性能研究的必要性 12
1.5 立论依据及研究内容 12
第2章 T型管节点抗冲击性能试验研究 14
2.1 概述 14
2.2 试验概况 14
2.1.1试验设计 14
2.1.2试件制作和材料特性 15
2.3落锤试验机 16
2.4试验装置 17
2.5 试验方法 19
2.5.1 试件的安装 19
2.5.2 试验测点布置 20
2.5.3 试验操作过程 21
2.5.4 试验测试仪器设备和量测内容 22
2.6 试件破坏形态与分析 24
2.6.1节点破坏模式 24
2.6.2节点残余变形 28
2.6.3节点残余变形分析 30
2.7 试验结果 31
2.7.1 冲击力时程曲线 31
2.7.2 应变时程曲线 33
2.8 抗冲击性能分析 36
2.8.1 荷载位移曲线 36
2.8.2 荷载位移关系在静力和动力条件下的比较 38
2.8.3 能量耗散 40
2.9 本章小结 43
第三章 钢管节点抗冲击机理分析 45
3.1 通用有限元程序ABAQUS介绍 45
3.2 有限元模型的建立 46
3.2.1 材料属性 46
3.2.2 单元的选取 47
3.2.3 网格的划分 48
3.2.4 界面接触问题 49
3.2.5 边界条件 49
3.2.6 荷载的施加 50
3.2.7 非线性方程组的求解 50
3.3 算例分析 51
3.4 机理分析 52
3.4.1 试件变形情况 52
3.4.2 试件位移时程曲线 57
3.4.3 冲击力时程曲线 58
3.4.4 应变分析 60
3.4.5 荷载-位移曲线 65
3.4.6 节点工作机理分析 66
3.4.7 能量转化关系 68
3.5 本章小结 72
第4章 有限元参数分析及实用算法 74
4.1 参数取值 74
4.2 破坏模式 75
4.3 各主要参数对节点变形的影响 76
4.3.1 对节点变形的影响 76
4.3.2 对节点变形的影响 76
4.3.3对节点变形的影响 78
4.3.4 冲击动能对变形的影响 79
4.4 参数对最大冲击力的影响 79
4.4.1 对最大冲击力的影响 80
4.4.2 对最大冲击力的影响 80
4.4.3 对最大冲击力的影响 81
4.5 节点变形的简化计算 82
4.6 参数对耗散能量的影响 85
4.7 本章小结 88
第5章 结论与展望 89
5.1 结论 89
5.2 展望 90


第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
随着人类文明的不断进步，社会生产力和社会科学技术的飞速发展，建筑行业向大空间、大跨度方向发展，如体育馆、展览馆、机场航站楼、地铁站、大型工业厂房等，这对钢筋混凝土结构、砌体结构、木结构是难以实现的大跨度空间结构形式。同时钢材产量的快速增长、国家政策导向以及钢结构设计、科研、施工队伍日益强大等诸多有利因素的影响，钢材凭借其材质均匀、质量轻、强度高、塑性、韧性好，其构件制作简便、施工工期短等自身优越的性能被广泛应用到建筑领域中。而且钢结构的最大优点是能将人们对建筑物的功能要求、感观要求以及经济效益要求完美地结合在一起。
如此多的优点，使钢结构，尤其是圆钢管的应用得到迅速发展，近年来其应用范围几乎涉及所有结构领域，包括房屋建筑、桥梁、堤坝、海洋平台和塔桅结构等。管节点是钢管结构的重要部分，是结构设计中的重点。管节点承受外部荷载作用时，荷载可以由支管直接传给主管。由于支管的轴向刚度远远大于主管的径向刚度，所以主管表面靠近相贯线部位是整个节点结构的薄弱环节。
同时碰撞造成的结构损伤及遭受冲击荷载受碰事故在日常生活中随处可见，由此引发的悲剧屡见不鲜：
(1) 公路桥涵在使用过程中受到过往车辆的撞击；
(2) 通航河流中的桥墩台在使用中遭到船只或水中漂流物的撞击；
(3) 地震时各类结构物遭到其他结构物的撞击；
(4) 土体滑坡、泥石流对低地建筑物和公路、铁路、堤坝的撞击；
(5) 军事防护工程受到导弹等军事打击时产生的撞击；
(6) 高空坠落物如坠机、高层构筑物及偶落的窗户、表面石材、巨大广告牌 等对低层结构物造成的撞击；
(7) 工厂机械事故飞出物对车间墙柱、墙面、楼板造成的撞击；
(8) 核电站的安全壳器受到坠落飞行器的撞击；
(9) 大型管道在弯道、阀门处受到输送流体的撞击；
工作中的管结构，由于地震、爆炸、操作失误等偶然事件引起的碰撞，会使结构造成巨大损伤，同时也给人们的生命及财产安全造成了巨大损失如2008年3月27日在建的国内第三长跨海大桥金塘大桥遭到了货船的撞击，造成长约60米，总重3000吨的钢筋混凝土桥面断裂并整块坍塌，重压在货船的尾部，致使4人失踪。1969年我国冬季冰封期间整个渤海被海冰覆盖，一般冰厚为20~30cm，最后达60cm，导致渤海2号海洋平台在海冰的巨大撞击力下倒塌，造成直接经济损失2000多万元；同样1977年，渤海4号风火平台又在海冰作用下倒塌；1989年美国墨西哥湾South PassBlock 60平台发生工业爆炸和火灾，造成平台失效；世界上最大的半浮式海洋油井平台之一、耗资3.56亿美元的巴西最大的P-36平台在2001年3月发生爆炸后沉没，造成2人死亡，8人失踪，直接经济损失4亿多美元；2002年8月我国南海WEN13-1平台导管架结构在施工过程中受到大型起重铺管船的撞击，X斜撑有一构件局部受到严重挤压破坏，附近海管、立管也受到严重破坏，造成工期延后四个多月；另外，龚顺风等[1]对世界上100起需要修理的海上平台损伤原因，进行了分析，得到将近25%的海上平台损伤是由于碰撞引起的。事故调查表明，管结构遭受碰撞破坏后，一般会造成节点的严重损伤。因此，研究管节点的防撞性能日益成为防灾和结构工程领域的研究热点，并且这一研究也将为结构整体抗倒塌分析奠定基础。
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