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鋁合金結構環(huán)槽鉚釘連接及梁柱節(jié)點受力機理與設計方法
鋁合金結構比強度高、耐腐蝕性能優(yōu)良,近年來在建筑結構中發(fā)展迅速且前景廣闊。鋁合金目前主要應用于大跨空間和橋梁結構,但由于缺乏合理可靠的梁柱連接形式及其相關研究,在框架結構中的應用還十分有限。建筑結構常用的鋁合金材料可焊性差,所以緊固件連接自然成為鋁合金結構的**選擇!朵X合金結構環(huán)槽鉚釘連接及梁柱節(jié)點受力機理與設計方法》結合力學性能優(yōu)異的新型緊固件環(huán)槽鉚釘,提出了可有效連接鋁合金結構構件的節(jié)點形式,并緊密圍繞鋁合金結構環(huán)槽鉚釘連接與梁柱節(jié)點開展了系統(tǒng)性的深入研究;全書研究對象包含緊固件→連接件→節(jié)點三個層次,步步深入地利用試驗、數(shù)值及理論分析等手段開展了以下主要工作:
(1)通過試驗研究獲取了環(huán)槽鉚釘?shù)念A緊力數(shù)值及其損失情況,并開展了44個鉚釘在不同受力狀態(tài)下承載能力測試。建立了環(huán)槽鉚釘精細化有限元模型和計算效率更高的簡化模型,并從數(shù)值結果中提取鉚釘拉脫過程的特征信息從而對拉脫機理進行揭示,進而推導了拉脫力公式。提出了環(huán)槽鉚釘承載力設計方法并通過試驗與數(shù)值結果驗證了其準確性。 (2)開展了23個受剪連接拉伸試驗,其中包括3種環(huán)槽鉚釘布置形式,并考慮了鋁合金牌號,鉚釘端距、邊距和中距對試件受力性能的影響。試驗中還測試了4種牌號鋁合金板件的材料力學性能和抗滑移系數(shù)。以試驗為基礎,驗證了所建立的有限元模型并開發(fā)自動計算程序、開展了930個參數(shù)分析。在厘清受力機理后,提出了受剪連接設計方法。 (3)開展了30個環(huán)槽鉚釘T型連接受拉試驗,并基于試驗進行了系統(tǒng)性的有限元分析與受力機理研究。在理論和有限元參數(shù)分析的支撐下,提出了基于連續(xù)強度方法(CSM)考慮鋁合金材料非線性特性及考慮鉚釘受彎的T型連接設計方法,將設計結果與312個數(shù)據(jù)點進行對比,驗證了其合理性。 (4)提出了兩種環(huán)槽鉚釘連接的鋁合金梁柱節(jié)點形式并開展了10個足尺節(jié)點的單調(diào)加載試驗和4個循環(huán)加載試驗,對節(jié)點的承載性能及破壞模式、延性與耗能能力深入分析。建立并驗證了相應的有限元模型。 (5)以上述研究為基礎并結合組件法,提出了適用于此類節(jié)點的設計方法,包括:初始剛度、承載能力、彎矩-轉角全曲線、構造建議及滯回模型。所提出的方法將為我國設計使用環(huán)槽鉚釘連接的鋁合金梁柱節(jié)點提供依據(jù)。
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