相贯节点

2024-07-09

相贯节点(精选三篇)

相贯节点 篇1

钢管结构在众多方面是可以优先选用的基本结构形式之一。钢管结构中的相贯节点是将支管端部经相贯线加工成相贯面后,吻合在主管的管壁上,经焊接而成的节点,避免了采用任何连接件,具有装配精度高、焊接变形小、节点承载力大等优点,且能节约大量钢材,因此,相贯节点得到了越来越广泛的应用和发展。

相贯节点作为钢管结构中一种常见的节点形式,在平面或空间的桁架、网架、网壳、框架都可以采用;在现代工业厂房、仓库、体育馆、展览馆、航站楼、车站,以及办公楼、电视塔、信号支架、海上平台等建筑中钢管也广泛应用。近10年来建设的一些重大工程,如上海体育场、虹口体育场、广州体育馆、首都机场新航站楼、深圳机场航站楼、成都双流机场新航站楼、上海科技城、广州新白云机场航站楼等,都使用了相贯节点,而且应用势头还在增加。

1相贯节点的概念及分类

相贯节点又称简单节点(simple joint)、无加劲节点(unstiffened joint)或直接焊接节点。在其节点处,只有在同一轴线上的两个最粗的相邻杆件贯通,其余杆件通过端部相贯线加工后,直接焊接在贯通杆件的外表;非贯通杆件在节点部位可能互相分离,也可能部分重叠。

从支管的相对位置来讲,有搭接节点和间隙节点两种。搭接管节点是指有的支管全部或部分连接在其他支管上。

直接焊接管节点从空间关系来讲,可以分为平面管节点和空间管节点两大类。前者为所有杆件轴线处于同一平面或几乎处于同一平面内的节点,否则便是空间节点。在节点处贯通的钢管通常称为主管或弦杆(chord);其余则称为支管(branch)或腹杆(brace)。空间节点中非主承重面内的杆件称为支杆以区别于腹杆。弦杆截面为圆管的节点,通常称为圆管节点;弦杆截面为方管或矩形管的节点则称为方管节点,包括弦杆为方管或矩形管而腹杆为圆管的节点。工程中较多遇到的平面节点如图1所示:T形(或Y形)、X形、K形。国内称为空间节点的节点形式在英文文献中一般称为多平面节点(Multi-planar joint)。工程常见的节点形式(见图1),包括TT,XX,TX,KK形等。平面节点的互相组合(共用一根弦杆),可以形成多种空间形式,所以实际空间节点的种类决不限于上述几种。按节点刚度来划分,有铰接节点和刚接节点两种。在大多数结构中,相贯节点仅作为铰接节点处理,但在一定条件下可以也必须实现刚接,此时节点具有抵抗弯矩的能力。

2相贯节点的研究现状

目前的研究对象已经从20世纪70、80年代的平面管节点,逐步向空间管节点发展。所研究的内容包括管节点局部应力应变分析、破坏机理研究、弹塑性分析、设计参数研究、作用荷载和支管约束的影响和疲劳寿命等课题。多数学者主要对相贯节点的静力性能进行了研究,在动力性能方面,只有少数学者研究了平面相贯节点的滞回性能和疲劳破坏。对静力性能的研究方法可以归结为试验研究和理论研究两大类。

2.1 试验研究

相贯节点最早的研究是1948年由前西德实施的钢管节点极限强度试验[1]。1974年,Akiyama进行了空间管节点的模型试验,测试了4个KK型管节点在轴力作用下的承载力。1990年,Mouty和Rondal测试了轴力作用下KK型空间管节点的96个试件,两支管平面的夹角为60°和90°。由于对加载方式所产生效果的不同意见,这些试验的结果引起了国际上广泛的讨论。同年,Sola进行了8个TT型空间管节点轴力试验,两支管的夹角从60°~120°变化。Paul于1991年进行了12个TT型空间管节点轴力试验,根据以上试验结果的回归分析,Paul在1992年提出了基于两种不同失效模式的承载力公式。1994年,Paul又在58个空间TT和KK形节点试件试验基础上用多元回归分析得到了空间管节点极限承载力计算公式,并指出了事实上空间相互影响相当大。1998年,Bauer试验研究了空间三角形桁架受拉弦杆处TT、KK节点,研究了间隙尺寸、支杆弦杆宽度比、弦杆宽厚比和两支杆所在平面间夹角等参数,并建立了塑性铰线分析模型。

国内方面,20世纪80年代一些单位也进行了部分试验,包括光弹试验和模型试验。由于经费有限,我国在制订《钢结构设计规范》(GBJ17-1988)时,主要借鉴了国外的研究成果,部分参考了国内的试验结果。近年来,随着管节点在民用建筑中的广泛应用,管节点研究受到重视。1998年沈祖炎[2]进行了11个试件的K型管节点的模型试验,检验了上海8万人体育场悬挑主桁架的节点设计方案。2000年,上海建筑设计研究院与同济大学合作,进行了8个DK型,4个XK型,2个TK型大直径钢管相贯节点在不同荷载下的破坏试验,为提供和修订我国的钢管相贯节点的设计公式提供了依据。2001年,陈以一等进行了KK、XK、TK三种类型大尺寸足尺试件的试验对事件的破坏机理进行了分析,指出节点区焊缝刚度过大延性不足的特性,可能阻碍钢管节点管壁极限强度的充分发挥。同年,陈以一、王伟等以某重点工程为背景,实施了KK型相贯节点抗弯刚度和承载力试验,根据对多种几何参数、荷载工况组合下的节点抗弯刚度的测试,表明在一定条件下,相贯节点可以作为全刚接抗弯节点看待,节点抗弯强度能保证杆件承载能力的充分发挥。2003年,武振宇、张壮南等对6个K型和8个KK型直接焊接间隙方钢管节点进行了静力试验研究,并对节点破坏模式和极限承载力进行分析。研究了几何参数(β、g)、支杆作用位置和空间作用对节点极限承载力的影响[4]。2007年武振宇、陈鹏、王渊阳对轴向往复荷载作用下的12个T型方管节点进行了试验研究,结果表明,节点的破坏模式主要是受压时弦杆表面塑形变形和受拉时焊缝的边缘开裂,导致在支弦杆交汇处被拉断、节点滞回曲线饱满,从节点域靠近弦杆侧壁的两侧开裂到节点完全破坏还有很大的耗能能力[5]。

2.2 理论研究

目前国际上通用的理论分析方法有:试验统计法;简化分析方法;薄壳理论解析法;弹性基座梁模型法;有限差分法;弹簧模型法;塑性屈服曲线分析法;有限元法和半解析半数值法。其中有限元法应用最广。

1998年,Goto,Y.,Wang,Q.,and Obata,M.用有限元方法分析了薄壁柱的滞回性能,分析了前人用于分析往复荷载作用下构件性能的塑性模型的优缺点[6]。L.C.K.Soh、T.K.Chan、S.K.Yu在 2000年给出了X型CHS节点在支杆受轴向力作用下的塑性绞线,并利用简化后的塑性绞线推导出β<1和β=1两种情况下的节点承载力公式[7]。2004年,L.Gardner、D.A.Nethercot考虑了材料性能、管转角处应力强化、残余应力、初始缺陷等因素给出了对不锈钢空心管精确的有限元建模方法[8]。2005年,Y.S.Choo,X.D.Qian和J. Wardenier研究了边界条件和弦杆应力对圆管K型节点静力承载力的影响[9]。

3发展趋势

综上所述,管节点的研究工作已做了不少,但尚待研究的问题[10]仍很多,今后应在以下几方面努力:

(1)研究焊接缺陷对管节点极限承载力的影响,完善验算方法。

(2)解决当支管受平面内弯矩和平面外弯矩作用时,管节点的极限承载力问题。

(3)在现有的基础上分析空间管节点支管间的相互作用,对空间管节点问题进行研究,完善承载能力计算公式。

(4)研究几何尺寸、焊接缺陷对管节点疲劳强度和疲劳寿命的影响,完善计算方法。

(5)研究疲劳破坏的机理,探索提高疲劳强度的有效措施。

参考文献

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[2]沈祖炎,陈扬骥,陈以一,等.上海八万人体育场屋盖的整体模型和节点试验研究[J].建筑结构学报,1998,19(2).

[3]陈以一,沈祖炎,翟红,等.圆钢管相贯节点滞回特性的实验研究[J].建筑结构学报,2003,24(6).

[4]武胜,武振宇,等.宽K形间隙方管节点静力工作性能的研究[J].哈尔滨工业大学学报,2003,35(3).

[5]武振宇,张壮南,丁玉坤,等.K型、KK型间隙方钢管节点静力工作性能的试验研究[J].建筑工程学报,2004,25(2):32-38.

[6]Goto,Y.,Wang,Q.,and Obata,M.FEM Analysis for HystereticBehavior of Thin-walled Steel Columns[J].J.Struct.Engrg.ASCE.1998,124(11):1290-1301.

[7]Kim J.R.Rasmussen,Ben Young.Tests of X-and K-Joints in SHSStainless Steel Tubes[J].J.Struct.Engrg.2001,127(10):1173-1182.

[8]L.Gardner,D.A.Nethercot.Numerical Modeling of Stainless SteelStructural Components-A Consistent Approach[J].Journal ofStructural Engineering,2004,10(1).

[9]Y.S.Choo,X.D.Qian,J.Wardenier.Effects of Boundary Condi-tions and Chord Stresses on Static Strength of Thick-walled CHS K-joints[J].Journal of Constructional Steel Research,2006,(62):316-328.

相贯节点 篇2

空间KX型圆管相贯节点是工程中常用的一种节点形式,常出现在主次桁架相交或连接面外支撑的节点部位。它的主管是贯通的,其中两根支管在主桁架平面内,称为K支管,另两根支管可能是相交桁架的非贯通弦杆,也可能是支撑杆件,称为X支管。主管承受压力或拉力,K支管一根受拉一根受压,X支管既可能承受压力也可能承受拉力。但目前的《钢结构规范》中,还没有这种节点形式的承载力计算公式,对于实际工程中出现的KX型相贯节点,一般是根据经验或试验确定其极限承载力。

2 节点模型几何参数

节点模型如图1所示,各项几何参数见表1,其中d、t、l分别为主管的外径、壁厚和长度;d1、t1、l1、θ1分别为K支管的外径、壁厚、长度及与主管的夹角,本文取θ1=45°;d2、t2、l2、θ2分别为X支管的外径、壁厚、长度及与主管的夹角,本文取θ2=45°;β为支管直径与主管直径的比值。模型中主管和支管长度的选取既要保证主管与支管不会发生压屈,又要保证两端边界条件对节点处受力尽量不产生影响,因此这个长度不能过大也不能过小。本文取主管长度l为6d(d为主管直径),取支管长度li为3di~4di(di为支管直径)。

3 有限元模型

有限元模型采用Q345钢,假定为理想弹塑性材料,服从Von Mises屈服准则,屈服强度为345MPa,弹性模量E=2.06×105N/mm2,泊松比为0.3。有限元计算模型如图2所示,主管左端按固定端考虑,右端仅有轴向的位移,支管约束其径向和环向的位移。在实际工程中,K支管和X支管上的荷载比例不是恒定不变的,本文按Pkj∶PXj的比例在K支管和X支管上加载(Pkj∶PXj分别是根据我国《钢结构设计规范》平面K型和平面X型节点计算的极限承载力)。分析时采用Shell181单元,此种单元能很好的适应于线性、大转动和非线性大变形的问题,每个单元有四个结点,每个结点有六个自由度,即沿X,Y,Z方向的3个平动自由度和绕X,Y,Z方向的3个转动自由度。网格划分对计算结果的精度有很重要的影响,由于四边形四节点单元的计算精度大于三角形三节点单元,因此网格的形状尽量取接近方形,如图3所示。

4 结果分析

图4给出了KX型节点的荷载-位移曲线,横轴为支管与主管相交处的位移,方向沿支管轴向,纵轴为支管上的荷载。由于本次试验的9个模型中X支管均承受拉力,这个拉力会加剧受压的K支管对主管的压扁作用,因此K支管与主管相交处的变形始终大于X支管与主管相交处的变形。由图4可以看出,节点的荷载-位移曲线分为两类,第一类是当主管管壁较厚时,如图4(a)、(b),主管径向刚度相对较大,这时节点的破坏多是由于K支管与主管相交处过大的局部变形引起的,取变形达3%d(d为主管直径)时的荷载为K支管的极限承载力,此时对应的X支管的荷载称为X支管的极限承载力;第二类是当主管管壁较薄时,如图4(c)、(d),主管径向刚度相对较小,这时节点的破坏多是由于K支管上的荷载达到最大值引起的,该荷载就是K支管的极限承载力,此时对应的X支管的荷载称为X支管的极限承载力。在本次试验的9个模型中,除KX8和KX9是属于第二类情况外,其余都是属于第一类,这说明KX节点的破坏多是由于K支管与主管相交处的变形过大而引起的。

通过对9个KX型节点进行有限元计算及其结果后处理观察,得到了该节点的极限承载力(见表2),与对应的平面K、X节点进行对照,表2中,PKXKu、PKXXu为有限元计算结果,PKj、PXj为采用《钢结构设计规范》(GB50017-2003)平面节点计算公式得到的极限承载力,由于《钢结构设计规范》计算公式给出的极限承载力考虑了结构安全度k=1.7,平均荷载系数1.3,材料变异系数γR=1.087等因素的影响【5】,为了与有限元结果比较,应扣除这些影响,即取假定PKXKu/PK或者PKXXu/PX为节点承载力折减系数,它表示的是KX节点中K支管和X支管的极限承载力与相应的平面节点极限承载力的比值,比较结果见表2。

从表2中可以看出,空间KX节点的极限承载力均低于平面K、X节点的极限承载力。因此用平面K、X型节点公式来计算K、X支管的承载力是偏于不安全的,可以在平面K、X型节点公式的基础上乘以一个折减系数来考虑这种影响。在本文所研究的9个模型中,最小的折减系数仅为0.68,最大的折减系数为0.86,不过由于此次试验模型个数太少,还不能确定出一个合理的折减系数,尚待在以后的研究中做进一步的工作。

4.1 支管与主管直径比β对节点极限承载力的影响

由KX1、KX2、KX3、KX4四个模型可以看出,在主管直径、主管厚度、支管厚度、支管与主管夹角等参数都相同的情况下,支管直径对节点承载力有很明显的影响。如图5所示(图中符号▲表示的是K支管,符号■表示的是X支管),支管直径越大(即支管与主管直径比值β越大),沿相贯线的应力分布也越均匀,节点极限承载力越高。图6中表示,支管与主管直径之比β越大,节点承载力折减系数越大。

4.2 支管径厚比di/ti对节点极限承载力的影响

由KX5、KX3、KX6三个模型可以看出,在其他条件相同的情况下,支管厚度减小(即di/ti的值相应增加),节点的承载力略有降低,但不明显。同样的,节点承载力折减系数也随着di/ti的增加而稍有降低,见图7和图8。因此可以认为,支管径厚比di/ti对节点强度的影响不大。

4.3 主管径厚比d/t对节点极限承载力的影响

由KX5、KX7、KX8、KX9四个模型可以看出(见图9和图10),在其他条件相同的情况下,随着主管厚度的减小(即d/t的值增加),主管的抗弯刚度减弱,节点承载力相应的降低,节点承载力折减系数却有所升高,这说明主管管壁越薄,KX节点的极限承载力越接近平面K、X节点的极限承载力。

5 结论与建议

(1)分析结果表明,按照本文选取的计算模型,空间KX节点的破坏多是由于K支管与主管相交处的变形过大而引起的。

(2)空间KX节点的极限承载力均低于平面K、X节点的极限承载力。因此用平面K、X型节点公式来计算K、X支管的承载力是偏于不安全的,可以在平面K、X型节点公式的基础上乘以一个折减系数来考虑这种影响。不过由于此次试验模型个数太少,还不能确定出一个合理的折减系数,尚待在以后的研究中做进一步的工作。

(3)支管直径对节点承载力有很明显的影响,支管直径越大(即支管与主管直径比值β越大),沿相贯线的应力分布也越均匀,节点极限承载力越高,节点承载力折减系数越大。

(4)支管厚度对节点承载力的影响则不大,支管厚度减小(即di/ti的值相应增加),节点的承载力略有降低,不过不明显。同样的,节点承载力折减系数也随着di/ti的增加而稍有降低。

(5)主管厚度对节点承载力也有较明显的影响,随着主管厚度的减小(即d/t的值增加),主管的抗弯刚度减弱,节点承载力相应的降低。但是,节点承载力折减系数却随着di/ti的增加而有所升高。

(6)除了β、di/ti及d/t这三种影响因素外,其他因素如K支管与主管的夹角、X支管受压(拉)以及主管受压(拉)等对节点承载力也有较大的影响,在后续研究工作中会进一步研究这些因素的影响。

(7)本文中K、X支管上的荷载是按照PKJ∶PXJ的比例加载的,但在实际工程中,K支管和X支管上的荷载比例不是恒定不变的,因此,还应考虑K、X支管上不同荷载比例对节点承载力的影响。

摘要:空间KX型圆管相贯节点常出现在主次桁架相交或连接面外支撑的节点部位,是工程中常用的一种节点形式,但是我国《钢结构设计规范》中却没有相应的内容与之对应,这给设计工作带来了困难。本文运用ANSYS有限元程序,在考虑材料非线性和几何非线性的基础上,对空间KX型圆管相贯节点的极限承载力进行数值模拟,得到其应力的发展变化过程及节点的变形,并着重分析了截面尺寸(包括支管与主管直径比β、支管径厚比di/ti、主管径厚比d/t等参数)对极限承载力的影响。最后总结出该类节点极限承载力随上述各个参数变化的规律,供工程实践参考。

关键词:空间KX型圆管相贯节点,有限元分析,极限承载力

参考文献

[1]陈以一,陈扬骥.钢管结构相贯节点的研究现状[J].建筑结构,2002.

[2]舒兴平.高等钢结构分析与设计[M].北京:科学出版社,2006.

[3]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

[4]崔佳,魏明钟,赵熙元,但泽义.钢结构设计规范理解与应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

相贯节点 篇3

近年来, 钢管相贯节点在体育场、机场航站楼等大跨度桁架结构中的应用日趋广泛。该类节点由钢管构件通过相贯线直接焊接而成, 不需要连接件, 节点构造简单, 具有用料省、节点承载力高等优点[1]。

空间XK型圆钢管相贯节点由不在同一平面内的两个平面圆钢管相贯节点 (X、K) 组成, 是空间桁架节点中的一种基本形式, 一般出现在主次桁架相交或连接面外有支撑的节点部位 (图1) 。但是关于空间相贯节点力学性能的研究还远未成熟, 已有的研究成果较少[2,3,4,5]。实际工程中, 空间XK型圆钢管相贯节点的承载力常常由平面K或X型节点的承载力计算公式估算, 忽略了节点的空间效应, 这在一定程度上限制了该类节点在工程中的应用。因此, 考虑空间效应的影响, 探索有效评估该类节点极限承载力的计算方法, 以满足工程的需要, 具有十分重大的工程意义。

本文在试验的基础上, 采用有限元分析程序ANSYS对空间XK型圆钢管相贯节点进行广泛的数值模拟试验, 根据分析结果并借鉴平面K型节点的承载力计算公式, 尝试建立一种能考虑空间效应影响的、有效评估该类节点承载力的建议公式。

1空间XK型圆钢管相贯节点的有限元分析

本文首先采用有限元分析软件ANSYS对文献[5]中的空间XK型圆钢管相贯节点试件进行有限元分析, 并计算其极限承载力。试件几何参数的取值如表1和图2所示, 其中θ1、θ2为腹杆与弦杆的夹角 (θ1=θ2=60°) ;φ为支杆与弦杆的夹角, (φ=90°) 。

注:Pue—表示节点按变形极限概念, 以弦杆管壁塑性变形达到0.005 d时腹杆的轴力作为节点极限承载力;Puf—表示节点有限元分析承载力;Puc-表示节点建议公式计算承载力。

分析时采用四节点、弹塑性Shell181单元, 该单元每个节点有6个自由度 (三个线自由度和三个转动自由度) 。假设钢材为理想弹塑性材料, 服从Von-Mise屈服准则和随动强化法则, 其材料属性按文献[5]中的试件取值, 即钢材的弹性模量为2.05×105 MPa, 屈服强度为374.2 MPa。弦管边界按固定考虑[6], 腹、支管径向位移被约束, 仅允许管轴方向的位移, 试件的边界条件如图3所示。单元划分时, 根据圣维南原理[7]离相贯线较远的弦管、腹管和支管壁采用较粗一些的映射网格, 而相贯线附近的弦管管壁采用自由网格, 控制该处单元尺寸与弦管厚度基本相同, 试件划分网格后的有限元模型如图4所示。单向加载时, 仅在腹管和支管末端的节点上施加轴向集中荷载;双向加载时, 分别在主管、腹管和支管末端的节点上施加轴向集中荷载, 试件计算模型如图3所示。

求解时采用力的收敛准则, 并在每个荷载子步中用弧长法追踪其几何非线性问题。试件极限承载力的有限元计算结果与试验结果的比较如表1所示, 由表1可见二者吻合良好。

2各参数对XK型空间圆钢管相贯节点极限承载力的影响

为了探索XK型空间圆钢管相贯节点的各几何参数对其极限承载力的影响, 本文采用上述方法对36个XK型空间圆钢管相贯节点试件进行数值模拟试验。

注:Puf—表示试件极限承载力;单向支压、单向支拉表示单向加载;主压支压、主压支拉表示双向加载。

各几何参数的取值范围如下:α为弦管的长度系数, 其值等于2倍弦管长度与弦管直径之比, 取α=12;β为腹、支管与弦管直径之比, 取β=0.2-1.0;γ为弦管直径与厚度之比, 取γ=10-35;τ为腹、支管与主管厚度比, 取τ=0.5-1.0;θ为腹管与弦管的夹角, 取θ1=θ2=30°、45°、60°;φ为支管与弦管的夹角, 取φ=90°。各试件的几何参数的取值和分析结果如表2所示。

图5给出了各参数变化下, 节点极限承载力的变化规律。由图5 (a) 可见, 当β增大时, 试件的极限承载力表现为下降趋势, 这说明当β增大时, 腹、支和弦管之间的相互作用 (空间效应) 增大, 试件的承载能力减小。图5 (b) 表示试件的极限承载力随γ的增大而减小, 本文建模时, 假设弦管直径不变, 通过改变弦管厚度来达到变化γ的目的, 当γ增大时, 弦管厚度减小, 节点承载力降低。由图5 (c) 可见, 试件的极限承载力随τ的增大而增大, 这是因为本文在研究τ与试件极限承载力关系时, 固定腹、支管厚度, 通过改变主管厚度来变化τ的取值, 当τ增大时, 主管厚度就会增加, 节点表现为更高的承载力能力。图5 (d) 表示试件的极限承载力随θ的减小而增大, 这说明腹管轴力在垂直于弦管方向的分力是造成节点破坏的主要因素, 腹管倾角越小, 腹管轴力的垂直分力越小, 节点的承载力就越高。

3XK型空间圆钢管相贯节点极限承载力的计算方法探讨

目前国内外关于圆钢管相贯节点设计的规范或规程对XK型空间圆钢管相贯节点极限承载力的计算公式均未涉及。本文根据有限元的计算结果, 参照我国钢结构设计规范 (GB50017-2003) [8] 中的平面K型圆钢管相贯节点承载力计算公式, 考虑空间效应, 对有限元计算结果进行回归分析, 提出空间XK型圆钢管相贯节点极限承载力的建议公式如下:

ΝΤΚc=13.13sinθcΨdΨnΨat2f (1)

β≤0.7时,

Ψd=0.069+0.93β (2)

β>0.7时,

Ψd=2β-0.68 (3)

主管受压时,

Ψn=1-0.3σfy-0.3 (σfy) 2 (4)

主管受拉时,

Ψn=1 (5)

Ψa=1+2.191+7.5ad[1-20.16.6+dt] (1-kβ) (6)

式中, NΤΚc为支管受压时XK型空间圆钢管相贯节点的极限承载力;ΨdΨnΨa为参数; ffy分别是主管钢材的设计强度和屈服强度;θc为受压腹管与弦管之间的夹角;σ为主管的轴向应力 (拉应力为正, 压应力为负) ;aK形腹杆之间的间隙, 当a<0时, 取a=0;β=d/D是腹管和弦管的外径比;t是弦管的壁厚。k为系数, 当支管受压时, k=0.45 , 当支管受拉时, k=1.9。

受拉腹杆在管节点处的承载力设计值应按 (7) 式计算。

ΝΤΚt=sinθcsinθtΝΤΚc (7)

(7) 式中θt是受拉腹管轴线与主管轴线夹角。

4 建议公式的试验验证

用上述建议公式 (1) — (7) 对文献[5]中的空间XK型圆钢管相贯节点试件进行计算, 表1给出了试件极限承载力的计算结果与试验结果的比较, 由表1可见计算结果与试验结果吻合良好。

5 结语

本文在试验的基础上, 对空间XK型圆钢管相贯节点进行双重非线性有限元分析, 并对该类节点极限承载力的计算方法进行初步探讨, 得到以下结论。

(1) 用有限元法对空间XK型圆钢管相贯节点进行数值模拟试验, 可以弥补试验数据的不足, 是探索该类节点力学性能的一种经济可行的方法。

(2) 腹、支管和弦管之间的相互作用, 对空间XK型圆钢管相贯节点的极限承载力有较大的影响, 在建立空间相贯节点极限承载力的计算公式时, 不能忽略空间效应的影响。

(3) 空间XK型圆钢管相贯节点是以平面K型圆钢管相贯节点为主的受力构件, 通过对平面K型圆钢管相贯节点计算公式进行修正, 同时考虑空间效应的影响, 得到的空间XK型圆钢管相贯节点的承载力建议公式, 可对该类节点的极限承载力进行有效地评估。

摘要:空间XK型圆钢管相贯节点在大跨度空间桁架中得到很好地应用, 但目前关于该节点极限承载力的计算方法尚不完善。在试验的基础上, 对36个空间XK型圆钢管相贯节点进行双重非线性有限元分析, 计算了其极限承载力;探索了不同几何参数和加载方式对该类节点极限承载力的影响规律;根据分析结果并借鉴平面K型圆钢管相贯节点的承载力计算公式, 考虑空间效应的影响, 提出了空间XK型圆钢管相贯节点的承载力建议公式。采用建议公式对相关试件进行计算, 计算结果与试验结果吻合良好。

关键词:空间相贯节点,有限单元法,局部屈曲,空间效应系数,极限承载力

参考文献

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[7]徐芝纶.弹性力学简明教程 (第二版) .北京:高等教育出版社, 1983

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