平面K型圓鋼管搭接節(jié)點(diǎn)靜力性能研究.pdf

1、圓鋼管由于其獨(dú)特的優(yōu)越性能被廣泛應(yīng)用于空間桁架結(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)設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的方面。不同軸線鋼管構(gòu)件之間的連接型式之一是采用相貫節(jié)點(diǎn)形式，即將腹桿直接焊接在弦桿的外表面，不進(jìn)行任何加勁措施。在實(shí)際工程中的平面K型圓鋼管相貫節(jié)點(diǎn)經(jīng)常會遇到腹桿與弦桿交匯處部分搭接的情況，必須針對這種節(jié)點(diǎn)開展全面的靜力性能研究。 本文以試驗(yàn)為背景，結(jié)合非線性有限元分析，探討了平面K型圓鋼管搭接節(jié)點(diǎn)的受力性能、破

2、壞模式、靜力極限承載力以及搭接率、內(nèi)隱蔽部分焊接與否、搭接順序、焊腳尺寸、節(jié)點(diǎn)處集中荷載和各幾何參數(shù)對節(jié)點(diǎn)靜力性能的影響，給出了此類相貫節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)承載力和焊縫長度計(jì)算公式。 首先進(jìn)行的是平面K型圓鋼管搭接節(jié)點(diǎn)靜力試驗(yàn)研究。實(shí)施了7個(gè)內(nèi)隱蔽部分不焊接節(jié)點(diǎn)和3個(gè)內(nèi)隱蔽部分焊接節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)。介紹了節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)方案，考察了搭接節(jié)點(diǎn)的受力性能和破壞模式，并對內(nèi)隱蔽部分焊接與否、焊腳尺寸、節(jié)點(diǎn)處集中荷載幅值以及腹桿搭接順序?qū)?jié)點(diǎn)極限承載力的影響進(jìn)

3、行了討論。試驗(yàn)研究結(jié)果表明，貫通腹桿受壓時(shí)內(nèi)隱蔽部分焊接與否雖然對節(jié)點(diǎn)的破壞模式和應(yīng)力分布有一定的影響，但是對節(jié)點(diǎn)極限承載力影響較?。划?dāng)腹桿與弦桿的壁厚相對值變小后，由于傳力不均勻?qū)е碌母箺U局部破壞將成為主要破壞模式，而這一因素和所導(dǎo)致的承載力降低在既有的規(guī)范公式中尚未有相應(yīng)的反映。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)。 隨后本文對搭接節(jié)點(diǎn)極限承載力進(jìn)行非線性有限元校準(zhǔn)研究與適應(yīng)性分析。本文調(diào)查了可能影響節(jié)點(diǎn)軸向極限承載

4、力數(shù)值分析結(jié)果的各種因素包括分析程序、單元類型、焊縫模型、弦桿和腹桿端部的邊界條件、加載方式、弦桿和腹桿長度、幾何非線性、材料非線性和極限承載力計(jì)算的迭代方法等，建立一個(gè)有效的，準(zhǔn)確的有限元模型以便進(jìn)行廣泛的參數(shù)分析?；诖朔N有限元模型并對靜力加載試驗(yàn)的10個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了有限元分析，將試驗(yàn)結(jié)果和有限元分析結(jié)果進(jìn)行比較，再次驗(yàn)證有限元模型的適用性。 在試驗(yàn)研究和有限元校準(zhǔn)性研究與適應(yīng)性分析與之后，本文對84個(gè)CW型搭接節(jié)點(diǎn)和相應(yīng)的2

5、8個(gè)零間隙節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元參數(shù)分析，得出該類搭接節(jié)點(diǎn)受力全過程、節(jié)點(diǎn)破壞模式分布規(guī)律、幾何參數(shù)對節(jié)點(diǎn)極限承載力影響、節(jié)點(diǎn)效率，并與零間隙節(jié)點(diǎn)極限承載力進(jìn)行分析比較。在腹桿與弦桿的夾角0一定的情況下平面K型圓鋼管搭接節(jié)點(diǎn)的極限承載力與決定節(jié)點(diǎn)幾何外形的無量綱參數(shù)——腹桿與弦桿的直徑比p、弦桿的徑厚比γ、腹桿與弦桿的壁厚比τ、搭接率Ov有關(guān)。其中，β、γ、τ這三個(gè)因素有比較顯著的影響，而Ov影響較小。之后又設(shè)計(jì)了96個(gè)搭接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行非線性有限元

6、分析借以考察搭接順序以及內(nèi)隱蔽部分焊接與否對其破壞模式以及極限承載力的影響。研究表明在低搭接率的情況下貫通腹桿受拉的節(jié)點(diǎn)極限承載力略微大于貫通腹桿受壓的節(jié)點(diǎn)極限承載力，然而在大搭接率情況下前者可能會小于后者。在貫通腹桿受壓的情況下，貫通腹桿內(nèi)隱蔽部分不焊接導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)極限承載力小幅下降；在貫通腹桿受拉的情況，貫通腹桿內(nèi)隱蔽部分不焊接導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)極限承載力下降較為明顯。 本文對搭接節(jié)點(diǎn)與零間隙節(jié)點(diǎn)極限承載力進(jìn)行分析比較，在中國規(guī)范零間隙節(jié)

7、點(diǎn)極限承載力的基礎(chǔ)上乘以搭接修正系數(shù)ψ。，通過多元回歸技術(shù)得出搭接節(jié)點(diǎn)極限承載力計(jì)算公式。通過公式本身的回歸校驗(yàn)以及基于國際鋼管節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中腹桿完全對稱搭接節(jié)點(diǎn)極限承載力的統(tǒng)計(jì)分析，證明公式具有很好的較高精度和適用性。在上述基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了48個(gè)腹桿不對稱搭接節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步進(jìn)行了兩腹桿不對稱時(shí)搭接節(jié)點(diǎn)極限承載力公式的適用性研究。通過與國際管節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中腹桿不完全對稱搭接節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)分析，證明此搭接節(jié)點(diǎn)極限承載力計(jì)算公式在腹桿不對稱的情況下