圓鋼管K形相貫搭接節(jié)點的試驗研究和理論分析.pdf

1、鋼管結構由于自身優(yōu)越的性能，被廣泛地應用于大跨空間鋼結構中。節(jié)點的力學性能作為鋼管結構整體受力性能最重要的組成部分，歷來受到研究者和設計人員的重視。相貫節(jié)點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，由于其耗鋼量省、受力性能好、承載力大、便于施工等優(yōu)點日趨成為鋼管結構最主要的節(jié)點形式。本文以實際工程中常見的平面圓鋼管K形搭接節(jié)點和一種新型的節(jié)點形式-雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點為研究對象，展開了一系列的研究工作。 首先，進行了5個

2、雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點足尺試驗研究。介紹了試驗方案、試驗現(xiàn)象和試件的應力應變分布?？疾炝舜罱勇室约皟入[藏焊縫焊或者不焊的影響。對試驗試件進行了有限元分析，并將分析結果與試驗數據進行了比較。 其次，探討了相貫節(jié)點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、支主管長度、幾何非線性、材料非線性、計算迭代方法以及收斂準則對節(jié)點極限承載力的影響，并通過相關節(jié)點試驗數據對模型進行了驗證。 再次，研究了平

3、面圓鋼管K形搭接節(jié)點軸力作用下的受力性能。討論了節(jié)點幾何參數、兩支管相對位置對節(jié)點極限承載力的影響，發(fā)現(xiàn)支管搭接較之支管有間隙的節(jié)點極限承載力有顯著提高。將有限元計算結果與有關規(guī)范規(guī)程公式的計算結果進行了比較，對于間隙節(jié)點，結果比較吻合，而對于搭接節(jié)點，當τ較小時，規(guī)范公式計算結果比較合理，當τ較大時，規(guī)范公式的計算結果偏低。通過多元非線性回歸得到平面圓鋼管K形搭接節(jié)點軸力作用下極限承載力的參數計算公式，通過與試驗數據及相關文獻計算公式

4、結果的比較發(fā)現(xiàn)，本文得到的參數公式可以較好地預測節(jié)點的極限承載力。 然后，針對工程中常見且規(guī)范沒有明確規(guī)定的搭接節(jié)點內隱藏焊或不焊對節(jié)點受力性能的影響問題展開研究。探討了兩支管搭接關系的不同對節(jié)點承載力的影響，研究了內隱藏焊縫或不焊時對節(jié)點破壞模式和極限承載力的影響，證實了內隱藏焊縫不焊對平面K形搭接節(jié)點承載力的影響不容忽視。根據不同的幾何參數和搭接率，提出了相應的設計建議。 接著，進行了雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點和平面K形節(jié)點

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

6、載力接近?；诖?，提出雙鋼管并聯(lián)K形節(jié)點承載力設計建議。 此外，研究了平面K形節(jié)點在面內彎矩作用下的受力性能。探討了節(jié)點幾何參數、兩支管相對位置、彎矩作用方向等因素對節(jié)點承載力影響的規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)間隙節(jié)點三種彎矩方向作用下節(jié)點承載力相對接近，而對于搭接節(jié)點，搭接率的提高并不總能提高節(jié)點的承載力，三種彎矩方向差別很大，難以用一個統(tǒng)一的計算公式來描述。另外，研究了平面K形節(jié)點在軸向力．面內彎矩作用下的承載力。得到了節(jié)點在組合內力作用

7、下軸-彎相關曲線。發(fā)現(xiàn)較小的面內彎矩對于節(jié)點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)點能夠承受的極限彎矩。根據節(jié)點軸力．面內彎矩組合內力作用下相關曲線的特點，對不同幾何參數的節(jié)點采用分段的方法描述節(jié)點的極限狀態(tài)，可以定量反映軸向力和面內彎矩對承載力的相互影響。 最后，進行了獨立節(jié)點和桁架中節(jié)點受力性能的比較。進行了邊界條件和加載方式模型、節(jié)點桿端彎矩、主管受力等因素對節(jié)點極限承載力影響的研究。通過桁架中節(jié)點桿端軸力和彎