焊接空心球节点网架结构疲劳载荷谱的理论研究及关键节点变幅疲劳寿命估算

作     者：贺海强 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：焦晋峰

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：焊接空心球节点 网架结构 疲劳载荷谱 疲劳寿命估算 有限元分析 

摘      要：焊接空心球节点网架结构其应用的广泛性众所周知,在悬挂吊车作用下该结构的疲劳问题已成为当前国内外学术界和工程界关注的热点之一。而作为网架结构疲劳研究的关键—疲劳载荷谱的建立和关键节点的疲劳寿命估算,现行的国家规范或标准等并未给出相应的规定,致使悬挂吊车在网架结构的应用受到一定的限制。本文在国家自然科学基金项目(51578357)和山西省自然科学基金项目(2015011062)的联合资助下,以某结构实验室屋顶改造工程为研究对象,采用3D3S和MIDAS设计软件对屋盖钢网架结构进行了结构设计;基于有限元分析软件ABAQUS对网架结构在悬挂吊车移动载荷作用下进行了不同吊重、不同工况下的数值模拟。其主要研究工作和结论如下:1.采用设计软件3D3S和MIDAS完成了屋盖焊接空心球节点平板网架结构的结构设计;2.采用单元生死技术,模拟了网架结构在悬挂吊车作用下,五种不同吊重(3t、5t、7t、10t、12t)、七种不同工况(小车静止于线路3、线路2、线路1;行车制动;小车制动于线路3、线路2、线路1)共35种情况下的理论分析;得出了在单次循环载荷作用下,网架结构同一下弦节点处不同位置杆件的受力规律(腹杆≥下弦)和关键节点的最不利位置(下弦节点编号—5、13);针对关键节点5和13,分别建立各自对应在一次循环载荷作用下的应力谱,并基于工况组合形成对应的年应力谱;3.基于雨流计数法,得到了关键节点—5、13的理论疲劳应力谱,并提出了相应的理论疲劳载荷谱编制公式;4.基于线性累积损伤理论—Miner理论和修正Miner理论,并结合已有试验研究成果—“钢管-焊接空心球节点的S-N曲线和上述分析所得的理论疲劳应力谱,对网架结构关键节点进行相应的疲劳寿命估算;不同吊重、不同工况对关键节点损伤程度不一,尤其以吊重10t、小车静止于线路2最为不利。基于理论编制的疲劳载荷谱对网架结构进行了疲劳强度验算,调整了悬挂吊点处相关腹杆截面规格,以此确保该网架结构的安全。