复合式空间钢管桁架结构静载试验研究

复合式空间钢管桁架结构静载试验研究1. 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究目的

1.3 研究意义

1.4 国内外研究现状

1.5 研究方法和内容

1.6 论文结构

2. 空间钢管桁架结构的设计与制备

2.1 空间钢管桁架结构的设计

2.2 结构材料的选用

2.3 结构制备工艺

2.4 结构检测与调整

3. 构件性能试验

3.1 材料拉伸试验

3.2 材料压缩试验

3.3 材料扭转试验

3.4 钢管连接节点试验

4. 钢管桁架静载试验

4.1 试验方案设计

4.2 试验加载和测量方法

4.3 静载试验结果分析

5. 结语

5.1 主要研究成果总结

5.2 研究局限和未来展望

5.3 结论和建议

附录：

研究数据与附加信息一、绪论

1.1 研究背景

空间钢管桁架结构是一种轻量化、高强度的结构体系，被广泛应用于航空、航天、体育馆、展览馆等场所。这种结构体系具有优良的性能，如抗震、抗风、抗压、抗拉等，同时也具有良好的造型设计和施工效率。因此，深入研究空间钢管桁架结构，特别是在其静载试验方面的研究，具有重要的理论和实践意义。

1.2 研究目的

本文的研究目的是设计一种复合式空间钢管桁架结构，并进行静载试验，对结构体系的稳定性、承载能力、破坏机制等进行研究，为这种结构体系的应用提供参考和支持。

1.3 研究意义

空间钢管桁架结构因其轻强化的特性，可以在工业和民用建筑中得到广泛应用。研究其静载试验的目的是探究其结构稳定性、承载能力和破坏机制等重要参数，为实际工程提供支持和参考。此外，经过实验得到的数据以及对结构的分析和探究，有利于深入理解该结构体系的性能、工作原理和发展趋势，为该结构体系的进一步研究提供参考和基础。

1.4 国内外研究现状

国内外对空间钢管桁架结构的研究已经取得了显著的成果，形成了一定的研究基础和理论体系。国内研究主要集中在结构设计和优化、力学性能分析、现场施工技术以及耐久性和安全性评估等方面。国外研究则涉及更为广泛的领域，如新型材料的研究、精度制造技术、桁架加固技术等。但是，目前国内对于空间钢管桁架结构静载试验的研究尚有所欠缺，仍需要进一步深入研究。

1.5 研究方法和内容

本研究将主要采用实验和理论分析相结合的方法，重点研究空间钢管桁架结构的静力性能，包括承载能力、变形特性和破坏机理等。同时，通过对试验数据进行分析和研究，对该结构体系进行数值模拟和理论分析，以建立其一般性结构性能模型，并探讨结构体系的优化方法和设计理念。

1.6 论文结构

本文总共由绪论、设计制备、构件性能试验、静载试验、结语和附录等几个部分组成，具体分为五章。其中第一章是绪论，介绍了研究的背景、目的和意义，国内外研究现状以及研究方法和内容。第二章介绍了空间钢管桁架结构的设计与制备，主要阐述了结构设计、材料选用、制备工艺和结构检测与调整等方面。第三章是构件性能试验，包括材料拉伸试验、材料压缩试验、材料扭转试验和钢管连接节点试验等，这些数据将为后续的静载试验分析提供基础。

二、空间钢管桁架结构的设计与制备

2.1 空间钢管桁架结构的设计

空间钢管桁架结构是由许多钢管构件和连接节点组合而成的一种三维结构体系，具有轻量化、高强度、高稳定性、造型美观等多种特点。其设计需要考虑的因素包括结构形式、荷载特性、合理连接和施工等。

首先是结构形式的选择。空间钢管桁架结构体系通常采用正十二面体、正二十面体等多面体形状，其结构具有良好的均匀性和对称性。在具体设计设计时，需要充分考虑结构稳定性复杂、但具有等轴性和对称性的特点，以确保整体结构的稳定性和对施工的方便性。

其次是荷载特性的分析。空间钢管桁架结构通常承受较复杂的荷载，如重力、风荷载、地震荷载等。因此，需要通过合理的荷载分析和计算方法来确定结构的合理尺寸和下棱参数，并以

此来保证结构的稳定性和强度。

最后是连接和施工的问题。连接节点是空间钢管桁架结构的重要组成部分，它们不仅需要满足结构的功能要求，而且还需要具有良好的施工性能和效率。因此，在设计时需要考虑连接节点的合理性、结构成本、结构的易制造性和工厂的各种因素。

2.2 结构材料的选用

材料的选用对空间钢管桁架结构的强度和性能起着决定性的作用，因此在选材过程中需要综合考虑强度、可焊性、耐腐蚀性和工艺性等方面。钢管桁架结构通常采用高强度、低合金钢作为结构材料，其力学性能和稳定性好，且具有很好的耐久性和可靠性。

2.3 结构制备工艺

结构制备工艺是空间钢管桁架结构能否保证稳定性和强度的重要保证，因此需要对其进行认真的考虑。首先，需要采用先进的焊接技术和材料连接方法，确定各部分之间的角度、长度和连接质量的要求。其次，需要在整个制备过程中保证零部件的高精度、高质量，尤其是连接节点的质量，来保证空间钢管桁架结构的可靠性和稳定性。最后，需要采用高效的装配和生产流程，保证施工进度和质量。

2.4 结构检测与调整

结构检测和调整是保证空间钢管桁架结构稳定性和安全的最后

一环，需要不断地对其进行检测和调整。结构检测的主要指标包括位移、应变、应力变化等，需要通过复杂的测试分析手段来评估结构的稳定性和强度。结构调整需要在检测数据的基础上进行，通过调整角度、长度和连接质量等方式来保证结构的正常工作。因此，结构检测和调整是建立安全和健康空间钢管桁架结构的前提条件。

三、构件性能试验

3.1 材料拉伸试验

拉伸试验是评估材料强度和弹性模量的一种重要方法。在断裂前，应力和应变的关系可以被描述为 Hooke 定律，即应力正比于应变。

在该试验中，通过将试样置于万能试验机上，加上逐渐加大的载荷，以检测试样的变形特性和承载能力。试样断裂时，可以得到其极限强度和拉伸断面的面积，由此可以计算出其弹性模量和某些重要的机械材料性能参数。

3.2 材料压缩试验

压缩试验是评估材料在压缩载荷作用下的性能的重要方法。在这个试验中，应用金属板夹持试样将试样置于万能试验机上，逐渐施加加重的载荷，以评估试样的变形特性和承载能力。当试样压缩到临界载荷时，试样会发生塑性变形，然后逐渐出现屈曲，直到最终破坏。此时测得的压缩极限强度和压缩模量也