KK型管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)幾何敏感性分析

林海花，孫承猛，石 強(qiáng)

(1. 山東交通學(xué)院 船舶與港口工程學(xué)院，山東 威海 264200; 2. 大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計(jì)研究所有限公司，遼寧 大連 116005)

自升式平臺(tái)能夠在海上進(jìn)行定點(diǎn)勘探開發(fā)作業(yè)，是當(dāng)前海洋油氣勘探開發(fā)裝備中應(yīng)用最為廣泛的一種平臺(tái)。隨著平臺(tái)作業(yè)水深的逐漸增加，以及對(duì)平臺(tái)鉆井能力要求的日益提升，當(dāng)前設(shè)計(jì)建造的自升式平臺(tái)大多采用質(zhì)量輕但強(qiáng)度高的桁架式樁腿。

自升式平臺(tái)依靠樁腿和樁靴站立于海底之上，外界環(huán)境載荷作用于海洋平臺(tái)上，并傳遞至樁腿。因此，自升式平臺(tái)樁腿[1]的強(qiáng)度安全關(guān)系到整座平臺(tái)的安全性。一般地，對(duì)自升式平臺(tái)桁架式樁腿的屈服強(qiáng)度和屈曲強(qiáng)度進(jìn)行聯(lián)合校核，通常樁腿與平臺(tái)主體相連接的樁腿部位是綜合應(yīng)力最大的部位，而對(duì)樁腿的疲勞強(qiáng)度[2-4]則進(jìn)行單獨(dú)校核。由于處于波浪飛濺區(qū)的樁腿結(jié)構(gòu)遭受波浪水質(zhì)點(diǎn)橢圓運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的交變載荷作用，因而該區(qū)域的樁腿結(jié)構(gòu)疲勞損傷[5]較大。同時(shí)，平臺(tái)作業(yè)海域不固定，因而作業(yè)水深并不固定，再加上潮汐的變化，因此處于波浪飛濺區(qū)的樁腿部位是變化的。環(huán)境載荷的長(zhǎng)期循環(huán)作用較為顯著，使得樁腿疲勞研究分析成為自升式平臺(tái)整體安全性分析的一項(xiàng)重要工作。

樁腿結(jié)構(gòu)的疲勞損傷除了與外界的交變載荷有關(guān)外，還與結(jié)構(gòu)的形式[6]有著極大的聯(lián)系。結(jié)構(gòu)幾何不連續(xù)將引起結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中，這也是引起損傷的主要原因。自升式平臺(tái)桁架式樁腿由高強(qiáng)鋼鋼管焊接而成，圓管構(gòu)件相互交匯的節(jié)點(diǎn)稱為焊接管節(jié)點(diǎn)，通過管節(jié)點(diǎn)將支管的載荷傳遞到弦桿上。在這些幾何不連續(xù)的管節(jié)點(diǎn)處，應(yīng)力狀態(tài)較為復(fù)雜，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，對(duì)其熱點(diǎn)應(yīng)力的大小和位置的研究，是結(jié)構(gòu)疲勞壽命評(píng)估中非常重要的工作。

學(xué)者對(duì)T型、Y型和K型[7-9]管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中和疲勞研究較多，但結(jié)構(gòu)形式的稍微變化[10-11]都將對(duì)應(yīng)力集中產(chǎn)生較大的影響。選取少有學(xué)者研究的自升式平臺(tái)桁架式樁腿中采用的KK型管節(jié)點(diǎn)為研究對(duì)象，采用ANSYS軟件進(jìn)行參數(shù)化建模[12-13]，并對(duì)其熱點(diǎn)應(yīng)力進(jìn)行分析，得到應(yīng)力集中系數(shù)SCF，為自升式平臺(tái)樁腿的疲勞分析和KK型管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 KK型管節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)介

所研究的KK型管節(jié)點(diǎn)包含兩個(gè)完全相同的K型管節(jié)點(diǎn)，幾何模型及相關(guān)尺寸定義如圖1所示。

圖1 KK型管節(jié)點(diǎn)的幾何模型Fig. 1 Configuration of a KK tubular joint

可以看出，KK型管節(jié)點(diǎn)主要由一根弦桿和4根撐桿組成，各撐桿的直徑和厚度相同，L為弦桿長(zhǎng)度，D為弦桿外徑，T為弦桿壁厚，d為撐桿外徑，t為撐桿壁厚，θ為單K型一側(cè)的弦桿與撐桿之間的夾角，g為單K型一側(cè)兩根撐桿在弦桿處的間隙。

管節(jié)點(diǎn)的幾何參數(shù)還可通過無量綱參數(shù)來進(jìn)行描述，具有相同無量綱參數(shù)的管節(jié)點(diǎn)可視為具有相同的力學(xué)性能。對(duì)比圖1所示的KK型管節(jié)點(diǎn)幾何模型，無量綱參數(shù)定義如下：

6)θ，弦桿軸線與撐桿軸線的交角θ，反映載荷的傳遞。

基于以上6個(gè)無量綱參數(shù)對(duì)KK型管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)SCF的幾何敏感性進(jìn)行研究分析。

2 參數(shù)化模型

對(duì)KK型管節(jié)點(diǎn)采取參數(shù)化建模[14]方式，以便于分析得到KK型管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)SCF對(duì)各幾何參數(shù)的敏感性，為結(jié)構(gòu)的疲勞分析和結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。根據(jù)前述無量綱參數(shù)的定義，在參數(shù)化建模中無量綱參數(shù)的取值范圍如表1所示。

表1 KK型管節(jié)點(diǎn)無量綱幾何參數(shù)取值范圍Tab. 1 Dimensionless geometric parameters for KK tubular joints

選擇帶有厚度的殼單元?jiǎng)?chuàng)建分析模型，在某無量綱參數(shù)下，創(chuàng)建參數(shù)化模型如圖2所示。

圖2 KK型管節(jié)點(diǎn)的參數(shù)化幾何模型Fig. 2 Parametric geometric model of KK tubular joints

劃分網(wǎng)格時(shí)遵循以下原則：

1) 管節(jié)點(diǎn)附近即弦桿與撐桿相連接的區(qū)域應(yīng)力和應(yīng)力梯度均較高，采用與撐桿桿件厚度相同的精細(xì)網(wǎng)格尺寸進(jìn)行劃分，在桿件環(huán)向方向上網(wǎng)格沿著相貫線并包含冠點(diǎn)和鞍點(diǎn)，在桿件軸向方向上網(wǎng)格沿桿件的軸向(如圖3所示)方向一層層地劃分，保證至少有10層精細(xì)網(wǎng)格，并盡量使所劃分網(wǎng)格呈正四邊形，且避免出現(xiàn)扭曲畸形的網(wǎng)格；

2) 在遠(yuǎn)離弦桿與撐桿相連接處的區(qū)域采用稍微粗糙的網(wǎng)格進(jìn)行劃分，在保證分析精度的同時(shí)可以減少分析時(shí)間；

3) 在精細(xì)網(wǎng)格區(qū)域和粗糙網(wǎng)格區(qū)域之間劃分網(wǎng)格時(shí)，應(yīng)保證網(wǎng)格整體過渡協(xié)調(diào)合理。

根據(jù)以上原則，創(chuàng)建KK型管節(jié)點(diǎn)有限元分析的參數(shù)化模型，如圖3和圖4所示。

圖3 KK型管節(jié)點(diǎn)熱點(diǎn)附近的網(wǎng)格劃分Fig. 3 Integral meshing diagram of KK tube joints near hot points

圖4 KK型管節(jié)點(diǎn)的整體網(wǎng)格劃分Fig. 4 Integral meshing diagram of KK tube joints

3 數(shù)值模擬方法

采用ANSYS軟件對(duì)管節(jié)點(diǎn)疲勞性能進(jìn)行有限元分析，計(jì)算應(yīng)力集中系數(shù)SCF。

3.1 SCF的計(jì)算原理

應(yīng)力集中系數(shù)SCF可通過熱點(diǎn)應(yīng)力和名義應(yīng)力的比值[15]來獲得。

熱點(diǎn)是疲勞裂紋的起源點(diǎn)，熱點(diǎn)應(yīng)力[16-17]即為熱點(diǎn)處的應(yīng)力，與結(jié)構(gòu)的整體焊接和受載有關(guān)。熱點(diǎn)應(yīng)力取焊接趾端處的最大局部應(yīng)力，根據(jù)有限元數(shù)值計(jì)算結(jié)果，采用表面外推法求得。具體做法為：利用距離撐桿焊趾表面三個(gè)單元處的上、下表面的各單向應(yīng)力分別進(jìn)行二次插值計(jì)算，利用插值得到的結(jié)果再計(jì)算焊趾處的最大第一主應(yīng)力，作為相應(yīng)的熱點(diǎn)應(yīng)力。

自升式平臺(tái)桁架式樁腿的撐桿同時(shí)承受著軸向力F、面內(nèi)彎矩Mi和面外彎矩Mo的作用，假設(shè)撐桿受到獨(dú)立的軸向力F或獨(dú)立的面內(nèi)彎矩Mi或獨(dú)立的面外彎矩Mo的作用，則撐桿的各項(xiàng)名義應(yīng)力計(jì)算公式為：

(1)

其中，σn, ax為由軸向力引起的名義應(yīng)力；σn, ipd為由面內(nèi)彎矩引起的名義應(yīng)力；σn, opd為由面外彎矩引起的名義應(yīng)力。

圖5為一Y型管節(jié)點(diǎn)，其中，τ=0.03，β=0.467，γ=22.72，θ=60°，α=29.33。

以遭受面內(nèi)彎矩為例，根據(jù)DNVGL[18]規(guī)范中的Efthymiou公式，可得撐桿相貫線冠點(diǎn)處的SCF為：

1+0.65βτ0.4γ(1.09-0.77β)(sinθ)(0.06γ-1.16)=1.709 8

圖5 Y型管節(jié)點(diǎn)模型Fig. 5 Model of Y tube joint

(2)

創(chuàng)建Y型管節(jié)點(diǎn)有限元分析模型，在面內(nèi)彎矩的作用下其應(yīng)力云圖如圖6所示。

圖6 面內(nèi)彎矩作用下Y型管節(jié)點(diǎn)應(yīng)力云圖Fig. 6 Stress distribution of Y-joint under in-plane bending moment

由應(yīng)力集中系數(shù)SCF等于熱點(diǎn)應(yīng)力和名義應(yīng)力的比值，得該Y型管節(jié)點(diǎn)在面內(nèi)彎矩作用下的撐桿冠點(diǎn)處的SCF為1.780 6，與Efthymiou公式的計(jì)算結(jié)果相近。因此，文中的分析方法合理，計(jì)算結(jié)果可靠。

3.2 邊界條件

按照弦桿兩端采用固定約束的方式取邊界條件。

3.3 模型加載

由于SCF的大小與結(jié)構(gòu)形式和載荷形式有關(guān)，而與載荷大小無關(guān)，因此參數(shù)化分析中，對(duì)每一種結(jié)構(gòu)形式均采用如表2所示的加載方式。表中： ① 工況1～工況6分別為6種不同的載荷加載形式，載荷加載至KK型管節(jié)點(diǎn)的4根撐桿上； ② 工況1為撐桿分別承受軸向拉伸和軸向壓縮的作用，工況2為撐桿均承受軸向拉伸的作用，其中，F(xiàn)為軸向拉力，-F為軸向壓力； ③ 工況3和工況4為撐桿僅承受面外彎矩的作用，Mx為繞撐桿自身局部坐標(biāo)系x軸(即沿著撐桿軸向)的彎矩，在撐桿局部坐標(biāo)系中按照右手法則來確定彎矩的正負(fù)； ④ 工況5和工況6為撐桿僅承受面內(nèi)彎矩的作用，My為繞撐桿自身局部坐標(biāo)系y軸(即垂直于撐桿軸向)的彎矩，在撐桿局部坐標(biāo)系中按照右手法則來確定彎矩的正負(fù)； ⑤ 應(yīng)力集中系數(shù)SCF是應(yīng)力的比值，與外載荷的數(shù)值大小無關(guān)，因此分析中統(tǒng)一取載荷值的大小為Mx=My=1 000 kN·mm，F(xiàn)=1 000 N。

表2 KK型管節(jié)點(diǎn)加載方式Tab. 2 Loading mode of KK tubular joints

4 數(shù)值仿真分析結(jié)果

采用參數(shù)化方式建模，建模時(shí)，根據(jù)表1設(shè)置α、β、γ、τ、ξ和θ的取值，首先固定其中任意5個(gè)無量綱參數(shù)，固定取值為：α=20，β=0.45，γ=18，τ=0.6，ξ=0.4，θ=45°，然后按照表1中給出的取值區(qū)間和取值間隔來依次改變另外一個(gè)參數(shù)。根據(jù)選取的參數(shù)和取值創(chuàng)建模型、進(jìn)行數(shù)值分析，得到KK型管節(jié)點(diǎn)在各工況下的第一主應(yīng)力，并分別計(jì)算各對(duì)應(yīng)的名義應(yīng)力，進(jìn)而得到應(yīng)力集中系數(shù)SCF。以下分別給出了不同工況、不同幾何參數(shù)下?lián)螚U焊接趾端處的最大SCF的分析結(jié)果。

4.1 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF對(duì)α的敏感性分析

固定無量綱參數(shù)β、γ、τ、ξ和θ的值，改變?chǔ)恋闹?，KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的分析結(jié)果如圖7所示。

圖7 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF隨α的變化Fig. 7 Variation of SCF with α of KK tubular joints

從圖7可以看出，無量綱參數(shù)α對(duì)KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的影響為：① 在工況2時(shí)，即撐桿均承受軸向拉伸的作用時(shí)，SCF隨著α的增加而增加，在計(jì)算區(qū)域內(nèi)SCF最大值為10.63，最小值為6.62，此時(shí)在滿足其他性能要求時(shí)應(yīng)考慮采用較小的α，即較大的弦桿直徑; ② 在其他工況時(shí)，即撐桿分別承受軸向拉伸和軸向壓縮的作用時(shí)或撐桿在彎矩載荷作用時(shí)，SCF隨著α的增加基本保持不變，可見此時(shí)SCF與α基本無關(guān); ③ 工況2下的SCF值較其他工況SCF值大; ④ 承受軸向載荷作用下的撐桿SCF值較承受彎矩載荷作用下的撐桿SCF值大; ⑤承受My時(shí)的撐桿SCF值較承受Mx時(shí)的撐桿SCF值大。

綜合以上分析可知，在撐桿承受軸向拉伸作用時(shí)，增大弦桿直徑或減小撐桿直徑，從而減小無量綱參數(shù)α對(duì)減小KK型管節(jié)點(diǎn)SCF有利，在其他受力情況下α對(duì)SCF值的影響并不大。

4.2 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF對(duì)β的敏感性分析

固定無量綱參數(shù)α、γ、τ、ξ和θ的值，改變?chǔ)碌闹担琄K型管節(jié)點(diǎn)SCF的分析結(jié)果如圖8所示。

圖8 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF隨β的變化Fig. 8 Variation of SCF with β of KK tubular joints

從圖8可以看出，無量綱參數(shù)β對(duì)KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的影響為：① 在工況2時(shí)，即撐桿均承受軸向拉伸的作用時(shí)，SCF隨著β的增加而明顯增加，尤其是當(dāng)β超過0.4時(shí)，SCF增加速度較快。在計(jì)算區(qū)域內(nèi)SCF最大值為12.93，最小值為6.15，增加了110.24%，此時(shí)在滿足其他性能要求時(shí)應(yīng)考慮采用較小的β，即采用較小的弦桿直徑; ② 在工況6時(shí)，SCF隨著β的增加而增加，但增加速度較工況2的增加速度緩慢，在計(jì)算區(qū)域內(nèi)SCF最大值為5.13，最小值為3.20，增加了66.45%; ③ 在工況5即撐桿遭受正、負(fù)平面內(nèi)彎矩共同作用時(shí)，SCF先隨著β的增加而緩慢增加，從β為0.3時(shí)的3.65，增加到β為0.4時(shí)的最大值4.48，增加了22.74%，然后SCF隨著β的增加而降低至2.57，降低了42.63%; ④ 在其他工況時(shí)，SCF隨著β的增加基本保持不變，可近似地認(rèn)為SCF與β無關(guān); ⑤ 撐桿承受軸向載荷作用下的SCF值比承受彎矩載荷作用下的SCF值大，其中又以撐桿均承受軸向拉伸作用時(shí)的SCF值為最大; ⑥ 撐桿承受面內(nèi)彎矩My作用時(shí)的SCF值較承受面外彎矩Mx作用時(shí)的SCF值大。

綜合以上分析可知，KK型管節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在滿足其他要求以外，還應(yīng)采用較小的β，尤其應(yīng)避免β的值超過0.4，即取相對(duì)較大的弦桿外徑或相對(duì)較小的撐桿外徑對(duì)管節(jié)點(diǎn)的疲勞性能是有利的。

4.3 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF對(duì)γ的敏感性分析

固定無量綱參數(shù)α、β、τ、ξ和θ的值，改變?chǔ)玫闹?，KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的分析結(jié)果如圖9所示。

圖9 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF隨γ的變化Fig. 9 Variation of SCF with γ of KK tubular joints

從圖9可以看出，無量綱參數(shù)γ對(duì)KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的影響為：① 在工況1、2、5和6時(shí)，SCF隨著γ的增加而明顯增加; ② 在工況3、4時(shí)，撐桿承受面外彎矩Mx的作用，此時(shí)SCF隨著γ的增加基本保持不變，可近似地認(rèn)為SCF與γ無關(guān); ③ 在工況2時(shí)，即撐桿均承受軸向拉伸的作用時(shí)，在所有的γ計(jì)算值內(nèi)，SCF值最大，在γ=24時(shí)達(dá)到最大值11.35，相比較于γ=12時(shí)的最小值6.39，增加了77.62%; ④ 撐桿承受軸向載荷作用下的SCF值較承受彎矩載荷作用下的SCF值大，其中又以撐桿均承受軸向拉伸的作用時(shí)的SCF值為最大; ⑤ 撐桿承受面內(nèi)彎矩My作用時(shí)的SCF值較承受面外彎矩Mx作用時(shí)的SCF值大，且隨著γ的增加，差值越來越大。

綜合以上分析可知，KK型管節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了應(yīng)該滿足其他要求以外，還應(yīng)采用較小的γ，即當(dāng)弦桿的外徑一定時(shí)，采用相對(duì)較厚的弦桿厚度對(duì)管節(jié)點(diǎn)的疲勞性能有利。

4.4 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF對(duì)τ的敏感性分析

固定無量綱參數(shù)α、β、γ、ξ和θ，改變?chǔ)拥闹?，KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的分析結(jié)果如圖10所示。

圖10 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF隨τ的變化Fig. 10 Variation of SCF with τ of KK tubular joints

從圖10可以看出，無量綱參數(shù)τ對(duì)KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的影響為：① 在所有工況下，SCF均隨著τ的增加而增加，故增大弦桿與撐桿厚度的差值可降低SCF; ② 在工況2時(shí)，即撐桿均承受軸向拉伸的作用時(shí)，在所有的τ計(jì)算值內(nèi)，SCF值最大，在τ=0.95時(shí)達(dá)到最大值10.87，相比較于τ=0.25時(shí)的最小值4.26，增加了155.19%; ③ 撐桿承受軸向載荷作用下的SCF值較承受彎矩載荷作用下的SCF值大，其中又以撐桿均承受軸向拉伸作用時(shí)的SCF值為最大; ④ 撐桿承受面內(nèi)彎矩My作用時(shí)的SCF值較承受面外彎矩Mx作用時(shí)的SCF值大，且隨著τ的增加，差值越來越大。

綜合以上分析可知，KK型管節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了應(yīng)該滿足其他要求以外，還應(yīng)采用較小的τ，即當(dāng)弦桿的壁厚一定時(shí)，采用相對(duì)較薄的撐桿厚度對(duì)管節(jié)點(diǎn)的疲勞性能是有利的。

4.5 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF對(duì)ξ的敏感性分析

固定無量綱參數(shù)α、β、γ、τ和θ的值，改變?chǔ)蔚闹?，KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的分析結(jié)果如圖11所示。

圖11 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF隨ξ的變化Fig. 11 Variation of SCF with ξ of KK tubular joints

從圖11可以看出，無量綱參數(shù)ξ對(duì)KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的影響為：① 在工況1時(shí)，SCF隨著ξ的增加而明顯增加，由ξ為0.1時(shí)的4.78增加到ξ為2.9時(shí)的11.81，增加了約147.07%; ② 在工況2時(shí)，即撐桿均承受軸向拉伸作用時(shí)，SCF隨著ξ的增加而明顯減小，由ξ為0.1時(shí)的9.80減小到ξ為2.9時(shí)的5.24，減小了46.58%; ③ 結(jié)合工況1和工況2，應(yīng)綜合考慮軸向載荷的作用，取一個(gè)合適的ξ值，以達(dá)到理想的SCF; ④ 根據(jù)工況3～6的結(jié)果，可以看出當(dāng)撐桿承受彎矩載荷時(shí)，ξ對(duì)SCF的影響不大; ⑤ 撐桿承受面內(nèi)彎矩My作用時(shí)的SCF值較承受面外彎矩Mx作用時(shí)的SCF值大。

ξ與撐桿之間的間隙相關(guān)，故綜合以上分析可知，KK型管節(jié)點(diǎn)撐桿之間的間隙取值，應(yīng)綜合考慮撐桿軸向載荷的作用以及生產(chǎn)施工等因素。

4.6 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF對(duì)θ的敏感性分析

固定無量綱參數(shù)α、β、γ、τ和ξ的值，改變?chǔ)鹊闹担琄K型管節(jié)點(diǎn)SCF的分析結(jié)果如圖12所示。

圖12 KK型管節(jié)點(diǎn)SCF隨θ的變化Fig. 12 Variation of SCF with θ of KK tubular joints

從圖12可以看出弦桿軸線與撐桿軸線的夾角θ對(duì)KK型管節(jié)點(diǎn)SCF的影響為：① 在所有工況下，SCF均隨著θ的增加而增加，因此采用較小的θ是比較合理的; ② 在工況1、2、5和6時(shí)，SCF隨著θ的增加而明顯增加; ③ 在工況3和4時(shí)，SCF隨著θ的增加而略微增加; ④ 在工況2時(shí)，即撐桿均承受軸向拉伸的作用時(shí)，SCF值較相同θ下其他工況的SCF值大，由θ為30°時(shí)的4.83增加到θ為60°時(shí)的13.11，增加了171.43%; ⑤ 綜合比較工況3、4、5和6，撐桿承受面內(nèi)彎矩My作用時(shí)的SCF值較承受面外彎矩Mx作用時(shí)的SCF值大，且隨著θ的增加，差值越來越大。

θ不僅影響管節(jié)點(diǎn)的SCF，還對(duì)樁腿的布置、加工和鋼材用量等有較大影響，因此在KK型管節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)綜合考慮這些因素并在滿足其他各項(xiàng)要求的前提下，減小弦桿與撐桿的夾角θ，以提高管節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命。

5 結(jié) 語

KK型管節(jié)點(diǎn)是海洋工程桁架式結(jié)構(gòu)中所采用的一種管節(jié)點(diǎn)形式，其應(yīng)力集中系數(shù)SCF是對(duì)管節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疲勞分析的重要參數(shù)。利用ANSYS軟件對(duì)KK型管節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中系數(shù)SCF進(jìn)行了分析，給出了SCF在不同無量綱參數(shù)下的幾何敏感性分析結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行總結(jié)提煉得到以下規(guī)律：

1) 對(duì)于撐桿，承受軸向載荷時(shí)的SCF值較承受彎矩載荷時(shí)的SCF值大，承受面內(nèi)彎矩作用時(shí)的SCF值較承受面外彎矩作用時(shí)的SCF值大;

2) 在滿足其他條件的前提下，取較小的α、β、γ、τ、θ對(duì)撐桿疲勞有利，即對(duì)撐桿取較小的直徑和較小的厚度，而對(duì)弦桿取較大的直徑和較大的厚度，且β尤其不應(yīng)超過0.4，同時(shí)適當(dāng)減小弦桿與撐桿的夾角對(duì)疲勞有利;

3)ξ與撐桿之間的間隙相關(guān)，SCF的大小與撐桿受載形式呈非線性關(guān)系，故ξ應(yīng)綜合考慮撐桿載荷的作用形式以及生產(chǎn)施工等因素來確定；

4) 管節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性的設(shè)計(jì)，需要考慮結(jié)構(gòu)布置、加工建造工藝、屈服強(qiáng)度、屈曲強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度以及經(jīng)濟(jì)性等。在滿足其他條件的基礎(chǔ)上，合理調(diào)整KK型管節(jié)點(diǎn)的幾何參數(shù)，不僅可提高該類型管節(jié)點(diǎn)的疲勞壽命，同時(shí)還可以達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)、降低成本的目的。