圓鋼管K形相貫搭接節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究和理論分析.pdf

1、鋼管結(jié)構(gòu)由于自身優(yōu)越的性能，被廣泛地應(yīng)用于大跨空間鋼結(jié)構(gòu)中。節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能作為鋼管結(jié)構(gòu)整體受力性能最重要的組成部分，歷來受到研究者和設(shè)計(jì)人員的重視。相貫節(jié)點(diǎn)是指空心截面桿件通過焊接直接連于貫通桿件表面的節(jié)點(diǎn)，由于其耗鋼量省、受力性能好、承載力大、便于施工等優(yōu)點(diǎn)日趨成為鋼管結(jié)構(gòu)最主要的節(jié)點(diǎn)形式。本文以實(shí)際工程中常見的平面圓鋼管K形搭接節(jié)點(diǎn)和一種新型的節(jié)點(diǎn)形式-雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，展開了一系列的研究工作。 首先，進(jìn)行了5個(gè)

2、雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點(diǎn)足尺試驗(yàn)研究。介紹了試驗(yàn)方案、試驗(yàn)現(xiàn)象和試件的應(yīng)力應(yīng)變分布。考察了搭接率以及內(nèi)隱藏焊縫焊或者不焊的影響。對(duì)試驗(yàn)試件進(jìn)行了有限元分析，并將分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。 其次，探討了相貫節(jié)點(diǎn)極限承載力分析有限元模型的建立。研究了單元類型、邊界條件和加載方式、焊縫模型、支主管長(zhǎng)度、幾何非線性、材料非線性、計(jì)算迭代方法以及收斂準(zhǔn)則對(duì)節(jié)點(diǎn)極限承載力的影響，并通過相關(guān)節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。 再次，研究了平

3、面圓鋼管K形搭接節(jié)點(diǎn)軸力作用下的受力性能。討論了節(jié)點(diǎn)幾何參數(shù)、兩支管相對(duì)位置對(duì)節(jié)點(diǎn)極限承載力的影響，發(fā)現(xiàn)支管搭接較之支管有間隙的節(jié)點(diǎn)極限承載力有顯著提高。將有限元計(jì)算結(jié)果與有關(guān)規(guī)范規(guī)程公式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較，對(duì)于間隙節(jié)點(diǎn)，結(jié)果比較吻合，而對(duì)于搭接節(jié)點(diǎn)，當(dāng)τ較小時(shí)，規(guī)范公式計(jì)算結(jié)果比較合理，當(dāng)τ較大時(shí)，規(guī)范公式的計(jì)算結(jié)果偏低。通過多元非線性回歸得到平面圓鋼管K形搭接節(jié)點(diǎn)軸力作用下極限承載力的參數(shù)計(jì)算公式，通過與試驗(yàn)數(shù)據(jù)及相關(guān)文獻(xiàn)計(jì)算公式

4、結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，本文得到的參數(shù)公式可以較好地預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的極限承載力。 然后，針對(duì)工程中常見且規(guī)范沒有明確規(guī)定的搭接節(jié)點(diǎn)內(nèi)隱藏焊或不焊對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響問題展開研究。探討了兩支管搭接關(guān)系的不同對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響，研究了內(nèi)隱藏焊縫或不焊時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)破壞模式和極限承載力的影響，證實(shí)了內(nèi)隱藏焊縫不焊對(duì)平面K形搭接節(jié)點(diǎn)承載力的影響不容忽視。根據(jù)不同的幾何參數(shù)和搭接率，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議。 接著，進(jìn)行了雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點(diǎn)和平面K形節(jié)點(diǎn)

5、受力性能的比較。研究發(fā)現(xiàn)，幾何參數(shù)對(duì)雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點(diǎn)承載力的影響與平面K形節(jié)點(diǎn)類似；雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點(diǎn)相對(duì)于平面K形節(jié)點(diǎn)存在“破壞模式提前效應(yīng)”；由于將傳統(tǒng)的一根主弦桿轉(zhuǎn)化為由一根聯(lián)系支管連接的兩個(gè)對(duì)稱的平面K形節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的受力系統(tǒng)，弱化了支管之間的相互影響，聯(lián)系支管不承受主動(dòng)力；對(duì)于間隙節(jié)點(diǎn)，雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點(diǎn)承載力一般比相應(yīng)的平面K形節(jié)點(diǎn)有10％左右的提高，最高能達(dá)到30％；而對(duì)于搭接節(jié)點(diǎn)，特別是搭接率在中等以上的情況，兩類節(jié)點(diǎn)的承

6、載力接近?；诖?，提出雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點(diǎn)承載力設(shè)計(jì)建議。 此外，研究了平面K形節(jié)點(diǎn)在面內(nèi)彎矩作用下的受力性能。探討了節(jié)點(diǎn)幾何參數(shù)、兩支管相對(duì)位置、彎矩作用方向等因素對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力影響的規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)間隙節(jié)點(diǎn)三種彎矩方向作用下節(jié)點(diǎn)承載力相對(duì)接近，而對(duì)于搭接節(jié)點(diǎn)，搭接率的提高并不總能提高節(jié)點(diǎn)的承載力，三種彎矩方向差別很大，難以用一個(gè)統(tǒng)一的計(jì)算公式來描述。另外，研究了平面K形節(jié)點(diǎn)在軸向力．面內(nèi)彎矩作用下的承載力。得到了節(jié)點(diǎn)在組合內(nèi)力作用

7、下軸-彎相關(guān)曲線。發(fā)現(xiàn)較小的面內(nèi)彎矩對(duì)于節(jié)點(diǎn)所能承受的極限軸力是有利的，而較小的軸力顯著降低節(jié)點(diǎn)能夠承受的極限彎矩。根據(jù)節(jié)點(diǎn)軸力．面內(nèi)彎矩組合內(nèi)力作用下相關(guān)曲線的特點(diǎn)，對(duì)不同幾何參數(shù)的節(jié)點(diǎn)采用分段的方法描述節(jié)點(diǎn)的極限狀態(tài)，可以定量反映軸向力和面內(nèi)彎矩對(duì)承載力的相互影響。 最后，進(jìn)行了獨(dú)立節(jié)點(diǎn)和桁架中節(jié)點(diǎn)受力性能的比較。進(jìn)行了邊界條件和加載方式模型、節(jié)點(diǎn)桿端彎矩、主管受力等因素對(duì)節(jié)點(diǎn)極限承載力影響的研究。通過桁架中節(jié)點(diǎn)桿端軸力和彎