圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)角焊縫受力特點(diǎn)及面內(nèi)抗彎承載力計(jì)算理論.pdf

1、相貫節(jié)點(diǎn)由于有構(gòu)造簡(jiǎn)單、外表美觀、節(jié)省鋼材且易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、桿塔結(jié)構(gòu)及海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)。相貫角焊縫是影響節(jié)點(diǎn)承載力特性的重要因素，但是關(guān)于相貫角焊縫受力特點(diǎn)的研究尚不多見(jiàn)。實(shí)際工程中相貫節(jié)點(diǎn)除了承受軸向荷載外還受面內(nèi)彎矩的作用，但是目前《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中僅給出支管受軸力作用下相貫節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算公式，未對(duì)相貫節(jié)點(diǎn)面內(nèi)抗彎承載力進(jìn)行規(guī)定。
　　本文對(duì)平面K型、空間KK型相貫節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬分析，考察角焊縫的應(yīng)力分布、發(fā)

2、展及其影響因素。通過(guò)T型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)面內(nèi)抗彎承載力的試驗(yàn)研究、非線性有限元模擬以及計(jì)算理論分析，探討了T型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)破壞模式、應(yīng)變發(fā)展規(guī)律和抗彎承載力特性。本文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)平面K型相貫節(jié)點(diǎn)角焊縫的受力分析（支管-主管夾角=45°）
　　建立平面K型相貫節(jié)點(diǎn)模型，分析支管在軸心拉、壓力作用下角焊縫的受力特點(diǎn)，考察角焊縫的應(yīng)力分布、發(fā)展及其影響因素。受拉支管、受壓支管相貫角焊縫的最大、最小應(yīng)力分別

3、為鞍點(diǎn)、跟點(diǎn);受拉支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為冠點(diǎn)、跟點(diǎn)，受壓支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為鞍點(diǎn)、跟點(diǎn)。隨著角焊縫高度的增大，應(yīng)力差異變小。主管軸壓力變化對(duì)角焊縫應(yīng)力分布差異的影響較小。
　　(2)空間KK型相貫節(jié)點(diǎn)角焊縫的受力分析
　　建立空間KK型相貫節(jié)點(diǎn)模型，分析支管在軸心拉、壓力作用下角焊縫的受力特點(diǎn)，考察角焊縫的應(yīng)力分布、發(fā)展及其影響因素。受拉支管、受壓支管相貫角焊縫的最大、最小應(yīng)力分別為鞍點(diǎn)

4、、跟點(diǎn)位置;受拉支管、受壓支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為鞍點(diǎn)、跟點(diǎn)。隨著角焊縫高度的增大，應(yīng)力差異變小。主管軸壓力變化對(duì)角焊縫應(yīng)力分布差異的影響較小。
　　(3)不同主管與支管連接角度時(shí)平面K型節(jié)點(diǎn)角焊縫的受力分析
　　建立7種不同主管與支管連接角度的平面K型相貫節(jié)點(diǎn)模型，分析支管在軸心拉、壓力作用下角焊縫的受力特點(diǎn)，考察角焊縫的應(yīng)力分布、發(fā)展及其影響因素。主管與支管連接角度為90°、75°、60°時(shí)，受拉支管相貫

5、角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為鞍點(diǎn)、跟點(diǎn);主管與支管連接角度為45°、37.5°時(shí)，受拉支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為冠點(diǎn)、跟點(diǎn);主管與支管連接角度為30°、22.5°時(shí)，受拉支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為冠點(diǎn)、鞍點(diǎn)。
　　主管與支管連接角度為90°、75°、60°、45°時(shí)，受壓支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為鞍點(diǎn)、跟點(diǎn);主管與支管連接角度為37.5°、30°、22.5°時(shí)，受壓支管相貫角焊縫的最大

6、、最小平均應(yīng)力分別為冠點(diǎn)、跟點(diǎn)位置。
　　(4)T型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)面內(nèi)抗彎承載力計(jì)算理論
　　開(kāi)展T型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)面內(nèi)抗彎承載力的試驗(yàn)研究、非線性有限元模擬，探討了T型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的破壞模式、應(yīng)變發(fā)展規(guī)律和抗彎承載力特性;試驗(yàn)中主管受壓側(cè)應(yīng)變發(fā)展較快，當(dāng)節(jié)點(diǎn)荷載臨近極限承載力時(shí)，T型相貫節(jié)點(diǎn)主管受壓側(cè)發(fā)生明顯凹陷的局部屈曲;繼續(xù)增加荷載，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)焊縫產(chǎn)生撕裂破壞。同時(shí)，開(kāi)展相貫節(jié)點(diǎn)的非線性有限元模擬，分析得到節(jié)點(diǎn)的失效

7、模式、承載力與試驗(yàn)均吻合較好?；谠囼?yàn)研究和非線性有限元模擬，考察相貫節(jié)點(diǎn)抗彎承載力的主要影響因素，提出節(jié)點(diǎn)抗彎承載力計(jì)算理論;節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算值與國(guó)外規(guī)范計(jì)算值、有限元模擬值吻合較好，驗(yàn)證所建議的相貫節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算理論合理正確。
　　(5)設(shè)置加勁肋T型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)面內(nèi)抗彎承載力特性
　　開(kāi)展設(shè)置加勁肋T型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)面內(nèi)抗彎承載力的試驗(yàn)研究、非線性有限元模擬分析，探討了設(shè)置加勁肋T型相貫節(jié)點(diǎn)的破壞模式、應(yīng)變發(fā)展規(guī)律和

8、抗彎承載力特性;試驗(yàn)中主管受壓側(cè)加勁肋附近應(yīng)變發(fā)展較快，當(dāng)節(jié)點(diǎn)荷載臨近極限承載力時(shí)，節(jié)點(diǎn)主管受壓側(cè)加勁肋附近發(fā)生明顯凹陷的局部屈曲，同時(shí)加勁肋發(fā)生面外彎曲失穩(wěn);設(shè)置加勁肋節(jié)點(diǎn)面內(nèi)抗彎承載力比無(wú)加勁肋節(jié)點(diǎn)承載力明顯提高，說(shuō)明設(shè)置加勁肋后有效提高了節(jié)點(diǎn)抵抗變形的能力，增加了節(jié)點(diǎn)的剛度和強(qiáng)度，使節(jié)點(diǎn)承載力有大幅度的提升。同時(shí)，開(kāi)展相貫節(jié)點(diǎn)的非線性有限元模擬，分析得到節(jié)點(diǎn)的失效模式、承載力與試驗(yàn)均吻合較好。基于非線性有限元模擬，考察加勁肋布置方