主方支圓鋼管結構加強型K節點承載力研究

杜俊松 張 琴

(寧夏大學土木與水利工程學院，寧夏銀川 750021)

1 模型的設計

本文選取了三組節點來分析鋼管結構加強型K節點的力學性能，每組分別選取主管和支管的尺寸相同的五個節點，套管的尺寸不同，并對各節點進行極限承載力的分析，主管外寬分別為120 mm，240 mm，480 mm。支管外徑分別為 80 mm，100 mm，200 mm。取加強套管的長度和加強套管的厚度為變化值，主要應考慮的參數為:節點主管的外寬與支管外徑的比值β，主管的外寬與主管的厚度的比值γ和主管的厚度與支管的厚度的比值τ，主管的長度和加強套管的長度的比值L/l0，主管的厚度與加強套管的厚度的比值T/t0，在建模過程中同一組的主管的厚度和長度不變化。分析比較加強套管的幾何參數進行變化時，對鋼管結構加強型K節點的力學性能的影響，并與鋼管結構普通K型節點的承載力性能進行比較。

2 主方支圓(R—C)有限元計算結果

本文共選取了三組節點來分析鋼管結構加強型K節點的力學性能，每組分別為五個節點，每一組五個節點的弦桿和腹桿的尺寸都相同，加強節點中加強套管的長度為l0，加強套管的厚度t0是變化值，同一組節點中β，γ，τ取相同值，變化套管的長度l0，套管的厚度t0，即主管的長度和加強套管的長度的比值L/l0，主管的厚度與加強套管的厚度的比值T/t0變化時，分析加強型K節點的力學性能。比較鋼管結構加強型K節點與鋼管結構普通K節點承載力的變化，并比較兩種節點的破壞模式。同時比較分析在主管的長度和加強套管的長度的比值L/l0，主管的厚度與加強套管的厚度的比值T/t0變化時對鋼管結構加強型K節點破壞模式及承載力的影響，比較得出其變化參數的優化值。變化參數L/l0，T/t0不同時鋼管結構加強型K節點極限承載力計算結果見表1。

3 參數L/l0，T/t0對鋼管結構加強型K節點的承載力影響

表1 變化參數L/l0，T/t0不同時鋼管結構加強型K節點應力和位移值

由表1可以得出，在參數L/l0，T/t0不同，節點承載力與位移也不同，當主管厚度與加強套管厚度的比值T/t0是定值，即節點加強套管的厚度尺寸是定值，主管長度與加強套管長度的比值L/l0的值分別取5，3.33，2.5，2，1.67 時，也就是取主管長度分別為 5，3.33，2.5，2，1.67 倍的加強套管長度，得出的最大應變與最大應力之間的關系。當節點加強套管的厚度尺寸是定值時，套管長度變大時承載力是呈增加的走勢，但是主管長度與加強套管長度的比值L/l0取2和1.67的時候，加強套管長度變大時承載力不再跟隨其變化，當主管厚度與加強套管厚度的比值T/t0取1.0和1.1的時候，主管的長度與加強套管的長度的比值L/l0取2的時候的承載力要大于取1.67時的承載力，當主管厚度與加強套管厚度的比值T/t0為其他值時，主管長度與加強套管長度的比值L/l0取2和1.67時的承載力差別不大，如果考慮到用料的經濟問題的話，在加強套管長度選取上建議主管長度與加強套管長度的比值L/l0取2，也就是主管長度是加強套管長度的2倍。

當參數主管長度與加強套管長度的比值L/l0為定值時，即加強套管的長度l0為定值，主管厚度與加強套管厚度的比值T/t0分別取 1.67，1.43，1.25，1.11，1，也就是取主管的厚度分別為1.67，1.43，1.25，1.11，1 倍的加強套管的厚度，對每組不同的主管的長度與加強套管的長度的比值L/l0的承載力取加權平均數，最終得到當主管的厚度與加強套管的厚度的比值T/t0取1.43時候的承載力加權平均數最大，為最優解。所以對于加強套管厚度t0來說，本文建議取主管厚度與加強套管厚度的比值T/t0為1.43，也就是主管厚度是加強套管的厚度的1.43倍。

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