主方支圓鋼管結(jié)構(gòu)加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)承載力研究

杜俊松 張 琴

(寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，寧夏銀川 750021)

1 模型的設(shè)計(jì)

本文選取了三組節(jié)點(diǎn)來分析鋼管結(jié)構(gòu)加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能，每組分別選取主管和支管的尺寸相同的五個(gè)節(jié)點(diǎn)，套管的尺寸不同，并對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)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(qiáng)套管的長度和加強(qiáng)套管的厚度為變化值，主要應(yīng)考慮的參數(shù)為:節(jié)點(diǎn)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(qiáng)套管的長度的比值L/l0，主管的厚度與加強(qiáng)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(qiáng)套管的幾何參數(shù)進(jìn)行變化時(shí)，對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能的影響，并與鋼管結(jié)構(gòu)普通K型節(jié)點(diǎn)的承載力性能進(jìn)行比較。

2 主方支圓(R—C)有限元計(jì)算結(jié)果

本文共選取了三組節(jié)點(diǎn)來分析鋼管結(jié)構(gòu)加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能，每組分別為五個(gè)節(jié)點(diǎn)，每一組五個(gè)節(jié)點(diǎn)的弦桿和腹桿的尺寸都相同，加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)中加強(qiáng)套管的長度為l0，加強(qiáng)套管的厚度t0是變化值，同一組節(jié)點(diǎn)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(qiáng)套管的長度的比值L/l0，主管的厚度與加強(qiáng)套管的厚度的比值T/t0變化時(shí)，分析加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能。比較鋼管結(jié)構(gòu)加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)與鋼管結(jié)構(gòu)普通K節(jié)點(diǎn)承載力的變化，并比較兩種節(jié)點(diǎn)的破壞模式。同時(shí)比較分析在主管的長度和加強(qiáng)套管的長度的比值L/l0，主管的厚度與加強(qiáng)套管的厚度的比值T/t0變化時(shí)對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)破壞模式及承載力的影響，比較得出其變化參數(shù)的優(yōu)化值。變化參數(shù)L/l0，T/t0不同時(shí)鋼管結(jié)構(gòu)加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)極限承載力計(jì)算結(jié)果見表1。

3 參數(shù)L/l0，T/t0對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)的承載力影響

表1 變化參數(shù)L/l0，T/t0不同時(shí)鋼管結(jié)構(gòu)加強(qiáng)型K節(jié)點(diǎn)應(yīng)力和位移值

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

當(dāng)參數(shù)主管長度與加強(qiáng)套管長度的比值L/l0為定值時(shí)，即加強(qiáng)套管的長度l0為定值，主管厚度與加強(qiáng)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(qiáng)套管的厚度，對(duì)每組不同的主管的長度與加強(qiáng)套管的長度的比值L/l0的承載力取加權(quán)平均數(shù)，最終得到當(dāng)主管的厚度與加強(qiáng)套管的厚度的比值T/t0取1.43時(shí)候的承載力加權(quán)平均數(shù)最大，為最優(yōu)解。所以對(duì)于加強(qiáng)套管厚度t0來說，本文建議取主管厚度與加強(qiáng)套管厚度的比值T/t0為1.43，也就是主管厚度是加強(qiáng)套管的厚度的1.43倍。

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