X型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)平面外受彎滯回性能研究.pdf

1、圓鋼管由于其獨(dú)特的優(yōu)越性能被廣泛應(yīng)用于空間結(jié)構(gòu)中。作為整個(gè)結(jié)構(gòu)的有機(jī)組成部分，鋼管之間的連接即節(jié)點(diǎn)性能是一個(gè)重要的方面。不同軸線(xiàn)鋼管構(gòu)件之間的連接型式之一是采用相貫節(jié)點(diǎn)形式，即將支管直接焊接在主管的外表面，不進(jìn)行任何加勁措施。X型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)廣泛的應(yīng)用于大跨度單層網(wǎng)殼等空間結(jié)構(gòu)中，但對(duì)此型式節(jié)點(diǎn)的非剛性能研究、滯回性能研究尚未充分展開(kāi)。
　　 本文以試驗(yàn)為背景，結(jié)合非線(xiàn)性有限元分析，探討了X型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的平面外彎曲的滯回性

2、能，包括承載力、破壞模式、延性和耗能等性能。研究了各幾何參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)平面外彎矩-轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)的影響，建立了X型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)平面外受彎的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)方程和滯回模型。研究了支管軸力和主管內(nèi)力對(duì)平面外彎矩-轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)的影響。
　　 首先進(jìn)行的是X型厚壁圓鋼管節(jié)點(diǎn)平面外受彎的滯回性能試驗(yàn)研究。實(shí)施了3個(gè)厚壁圓鋼管節(jié)點(diǎn)的受彎滯回試驗(yàn)，在試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)值分析，對(duì)X型厚壁圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的承載力、破壞模式、延性和耗能等進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表

3、明，在合理的幾何參數(shù)和焊縫質(zhì)量保證下厚壁圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)在平面外受彎時(shí)，可保證達(dá)到支管的全截面塑性的承載力計(jì)算值，節(jié)點(diǎn)承載力較高。主管壁的拉剪斷裂破壞，為厚壁圓鋼管節(jié)點(diǎn)破壞的重要特征，而普通鋼管節(jié)點(diǎn)的主管壁破壞一般為塑性非圓化變形破壞或者主管壁沖剪破壞。厚壁圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)在平面外受彎時(shí)，當(dāng)支主管徑比β較大時(shí)，延性和耗能等性能較好；當(dāng)β較小時(shí)節(jié)點(diǎn)延性和耗能等性能較差。此章為后續(xù)章節(jié)的研究提供了試驗(yàn)基礎(chǔ)和比較依據(jù)。
　　 隨后本文對(duì)節(jié)

4、點(diǎn)進(jìn)行非線(xiàn)性有限元分析，和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，研究有限元模型的適應(yīng)性。在試件破壞前，節(jié)點(diǎn)的數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，采用數(shù)值模擬方法對(duì)影響相貫節(jié)點(diǎn)滯回性能的參數(shù)進(jìn)行分析是可行的。
　　 在試驗(yàn)研究和有限元模型適應(yīng)性分析之后，本文對(duì)X型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的平面外滯回模型進(jìn)行研究。首先探討了節(jié)點(diǎn)的變形機(jī)理，比較了直接法節(jié)點(diǎn)模型和間接法節(jié)點(diǎn)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，并明析了間接法模型的定義。其次總結(jié)了鋼結(jié)構(gòu)的包括Menegotto-Pinto在內(nèi)的經(jīng)

5、典曲線(xiàn)方程和經(jīng)典滯回模型。再次，對(duì)影響節(jié)點(diǎn)性能的幾何參數(shù)，包括支主管外徑比β、主管徑厚比γ、支主管壁厚比τ、主支管夾角θ、支管平面夾角ψ，進(jìn)行研究，針對(duì)各幾何參數(shù)，共建立206個(gè)有限元模型進(jìn)行參數(shù)分析，通過(guò)多元回歸技術(shù)得出基于Menegotto-Pinto方程形式的節(jié)點(diǎn)平面外彎矩-轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)方程，與有限元模型結(jié)果擬合較好。在此基礎(chǔ)上，給出與有限元分析結(jié)果擬合較好的X型相貫節(jié)點(diǎn)平面外受彎的彎矩-轉(zhuǎn)角曲線(xiàn)的滯回關(guān)系，建立X型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)的平