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圆钢管由于其轻巧美观的外形及良好的受力性能,越来越广泛地运用于空间桁架结构中。作为整个结构的有机组成部分,钢管焊接节点是桁架结构设计中的重要方面。而在主管中填充混凝土的钢管混凝土空间桁架结构不仅提高了钢管焊接节点的刚度,还增加了节点的承载力。目前,钢管混凝土焊接结构开始运用于海洋平台和桥梁等承受动力荷载的结构中。因此,钢管混凝土焊接节点的疲劳性能是一个非常重要且有待研究的课题。本文所研究的内容是国家自然科学基金课题的一部分,针对圆钢管混凝土K型节点的热点应力特性研究及极限承载力性能研究。
本文首先对钢管结构的发展、钢管焊接节点与钢管混凝土焊接节点的承载力与疲劳强度的研究进展进行了总结,介绍了钢管焊接节点疲劳强度的影响因素及各种疲劳设计方法。
随后本文针对7个平面K型间隙焊接节点分别以空钢管节点和在主管中填充混凝土的钢管混凝土节点形式进行热点应力试验,分别获得了两者在轴向荷载作用下冠点、鞍点的热点应力及应力集中系数SCF,掌握了最大SCF的位置,讨论了SCF随几何参数的变化趋势以及混凝土对应力集中状况的影响。
最后,进行了钢管混凝土K型焊接节点的极限承载力试验。讨论了钢管混凝土K型节点在轴向荷载作用下的破坏模式与极限承载力,并与空钢管K型节点的极限承载力相比较,考察混凝土对提高承载力的贡献及对破坏模式的影响。
本文通过对钢管混凝土K型焊接节点的试验研究发现,K型间隙节点在主管中填充混凝土可以有效的减小连接焊缝周围的应力集中状况;钢管混凝土K型节点与空钢管K型节点在轴向荷载作用的最大SCF都在受压侧主管的冠趾,并且两者随几何参数的变化规律相似;钢管混凝土K型节点的极限承载力得到明显的提高,破坏模式主要有支管屈服、受压支管根部的屈曲、受拉侧主管冲剪破坏、受拉侧主管塑性破坏以及连接焊缝的破坏。