平面K型圓鋼管搭接節(jié)點靜力性能研究.pdf

1、圓鋼管由于其獨特的優(yōu)越性能被廣泛應用于空間桁架結(jié)構(gòu)中。作為整個結(jié)構(gòu)的有機組成部分，鋼管之間的連接即節(jié)點設計是一個重要的方面。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)點形式，即將腹桿直接焊接在弦桿的外表面，不進行任何加勁措施。在實際工程中的平面K型圓鋼管相貫節(jié)點經(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)點開展全面的靜力性能研究。 本文以試驗為背景，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)點處集中荷載和各幾何參數(shù)對節(jié)點靜力性能的影響，給出了此類相貫節(jié)點的節(jié)點承載力和焊縫長度計算公式。 首先進行的是平面K型圓鋼管搭接節(jié)點靜力試驗研究。實施了7個內(nèi)隱蔽部分不焊接節(jié)點和3個內(nèi)隱蔽部分焊接節(jié)點的試驗。介紹了節(jié)點試驗方案，考察了搭接節(jié)點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)點處集中荷載幅值以及腹桿搭接順序?qū)?jié)點極限承載力的影響進

3、行了討論。試驗研究結(jié)果表明，貫通腹桿受壓時內(nèi)隱蔽部分焊接與否雖然對節(jié)點的破壞模式和應力分布有一定的影響，但是對節(jié)點極限承載力影響較?。划敻箺U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，而這一因素和所導致的承載力降低在既有的規(guī)范公式中尚未有相應的反映。此章為后續(xù)章節(jié)的研究提供了試驗基礎和比較依據(jù)。 隨后本文對搭接節(jié)點極限承載力進行非線性有限元校準研究與適應性分析。本文調(diào)查了可能影響節(jié)點軸向極限承載

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算的迭代方法等，建立一個有效的，準確的有限元模型以便進行廣泛的參數(shù)分析。基于此種有限元模型并對靜力加載試驗的10個節(jié)點進行了有限元分析，將試驗結(jié)果和有限元分析結(jié)果進行比較，再次驗證有限元模型的適用性。 在試驗研究和有限元校準性研究與適應性分析與之后，本文對84個CW型搭接節(jié)點和相應的2

5、8個零間隙節(jié)點進行有限元參數(shù)分析，得出該類搭接節(jié)點受力全過程、節(jié)點破壞模式分布規(guī)律、幾何參數(shù)對節(jié)點極限承載力影響、節(jié)點效率，并與零間隙節(jié)點極限承載力進行分析比較。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)點的極限承載力與決定節(jié)點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這三個因素有比較顯著的影響，而Ov影響較小。之后又設計了96個搭接節(jié)點進行非線性有限元

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)點極限承載力略微大于貫通腹桿受壓的節(jié)點極限承載力，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)隱蔽部分不焊接導致節(jié)點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)隱蔽部分不焊接導致節(jié)點極限承載力下降較為明顯。 本文對搭接節(jié)點與零間隙節(jié)點極限承載力進行分析比較，在中國規(guī)范零間隙節(jié)

7、點極限承載力的基礎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)點極限承載力計算公式。通過公式本身的回歸校驗以及基于國際鋼管節(jié)點試驗數(shù)據(jù)庫中腹桿完全對稱搭接節(jié)點極限承載力的統(tǒng)計分析，證明公式具有很好的較高精度和適用性。在上述基礎上設計了48個腹桿不對稱搭接節(jié)點進一步進行了兩腹桿不對稱時搭接節(jié)點極限承載力公式的適用性研究。通過與國際管節(jié)點試驗數(shù)據(jù)庫中腹桿不完全對稱搭接節(jié)點的統(tǒng)計分析，證明此搭接節(jié)點極限承載力計算公式在腹桿不對稱的情況下