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

1、相貫節(jié)點由于有構(gòu)造簡單、外表美觀、節(jié)省鋼材且易于維護等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、桿塔結(jié)構(gòu)及海洋平臺結(jié)構(gòu)。相貫角焊縫是影響節(jié)點承載力特性的重要因素，但是關(guān)于相貫角焊縫受力特點的研究尚不多見。實際工程中相貫節(jié)點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)計規(guī)范》中僅給出支管受軸力作用下相貫節(jié)點承載力的計算公式，未對相貫節(jié)點面內(nèi)抗彎承載力進行規(guī)定。
　　本文對平面K型、空間KK型相貫節(jié)點進行模擬分析，考察角焊縫的應(yīng)力分布、發(fā)

2、展及其影響因素。通過T型圓鋼管相貫節(jié)點面內(nèi)抗彎承載力的試驗研究、非線性有限元模擬以及計算理論分析，探討了T型圓鋼管相貫節(jié)點破壞模式、應(yīng)變發(fā)展規(guī)律和抗彎承載力特性。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)平面K型相貫節(jié)點角焊縫的受力分析（支管-主管夾角=45°）
　　建立平面K型相貫節(jié)點模型，分析支管在軸心拉、壓力作用下角焊縫的受力特點，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、跟點;受拉支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為冠點、跟點，受壓支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為鞍點、跟點。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)點角焊縫的受力分析
　　建立空間KK型相貫節(jié)點模型，分析支管在軸心拉、壓力作用下角焊縫的受力特點，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

4、、跟點位置;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、跟點。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平面K型節(jié)點角焊縫的受力分析
　　建立7種不同主管與支管連接角度的平面K型相貫節(jié)點模型，分析支管在軸心拉、壓力作用下角焊縫的受力特點，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，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、跟點;主管與支管連接角度為45°、37.5°時，受拉支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為冠點、跟點;主管與支管連接角度為30°、22.5°時，受拉支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為冠點、鞍點。
　　主管與支管連接角度為90°、75°、60°、45°時，受壓支管相貫角焊縫的最大、最小平均應(yīng)力分別為鞍點、跟點;主管與支管連接角度為37.5°、30°、22.5°時，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、跟點位置。
　　(4)T型圓鋼管相貫節(jié)點面內(nèi)抗彎承載力計算理論
　　開展T型圓鋼管相貫節(jié)點面內(nèi)抗彎承載力的試驗研究、非線性有限元模擬，探討了T型圓鋼管相貫節(jié)點的破壞模式、應(yīng)變發(fā)展規(guī)律和抗彎承載力特性;試驗中主管受壓側(cè)應(yīng)變發(fā)展較快，當節(jié)點荷載臨近極限承載力時，T型相貫節(jié)點主管受壓側(cè)發(fā)生明顯凹陷的局部屈曲;繼續(xù)增加荷載，試驗結(jié)束時焊縫產(chǎn)生撕裂破壞。同時，開展相貫節(jié)點的非線性有限元模擬，分析得到節(jié)點的失效

7、模式、承載力與試驗均吻合較好?；谠囼炑芯亢头蔷€性有限元模擬，考察相貫節(jié)點抗彎承載力的主要影響因素，提出節(jié)點抗彎承載力計算理論;節(jié)點承載力的計算值與國外規(guī)范計算值、有限元模擬值吻合較好，驗證所建議的相貫節(jié)點承載力計算理論合理正確。
　　(5)設(shè)置加勁肋T型圓鋼管相貫節(jié)點面內(nèi)抗彎承載力特性
　　開展設(shè)置加勁肋T型圓鋼管相貫節(jié)點面內(nèi)抗彎承載力的試驗研究、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;試驗中主管受壓側(cè)加勁肋附近應(yīng)變發(fā)展較快，當節(jié)點荷載臨近極限承載力時，節(jié)點主管受壓側(cè)加勁肋附近發(fā)生明顯凹陷的局部屈曲，同時加勁肋發(fā)生面外彎曲失穩(wěn);設(shè)置加勁肋節(jié)點面內(nèi)抗彎承載力比無加勁肋節(jié)點承載力明顯提高，說明設(shè)置加勁肋后有效提高了節(jié)點抵抗變形的能力，增加了節(jié)點的剛度和強度，使節(jié)點承載力有大幅度的提升。同時，開展相貫節(jié)點的非線性有限元模擬，分析得到節(jié)點的失效模式、承載力與試驗均吻合較好?；诜蔷€性有限元模擬，考察加勁肋布置方