不锈钢Y型、K型相贯节点静力试验研究

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随着国家经济的高速发展,人们对建筑外观要求越来越高。不锈钢材料以其良好的装饰效果,良好的耐腐蚀性和耐久性和加工性能,同时还具有优良的耐高温性能和低温韧性,越来越多地被利用在建筑结构中。空心管结构由于造型美观,节点构造简单、受力性能好也被广泛地应用在建筑结构中。目前我国对不锈钢节点性能研究尚未广泛开展,基于以上背景本文对不锈钢圆管相贯T型、Y型和间隙K型节点进行支管轴向力作用下的静力试验研究。  基于国产不锈钢30408冷成型钢管,本文进行了9个不锈钢标准试件材料力学性能试验与6个支管受压的不锈钢圆管T型相贯节点、6个支管受拉的不锈钢圆管T型相贯节点、3个支管受压的不锈钢圆管Y型相贯节点、3个支管受拉的不锈钢圆管Y型相贯节点和4个不锈钢圆管K型相贯节点静力试验。圆管相贯节点的试验研究表明:支管轴向荷载作用下T型、Y型节点的破坏现象为弦杆整体弯曲和节点区域的塑性破坏两者相结合。支管轴向压力荷载作用下的T型、Y型节点,节点区域的破坏主要为弦杆侧壁向外鼓曲和弦杆上壁凹陷,节点区域的弦杆最终被挤压成椭圆形,荷载位移曲线具有明显的峰值,随着弦杆中预加轴向荷载的增大,节点承载力下降。支管轴向拉力荷载作用下的T型、Y型节点,节点区域的破坏主要为弦杆侧壁向内收缩和弦杆上壁向上拉伸,节点区域的弦杆最终被拉伸成椭圆形,荷载-位移曲线没有明显的峰值,随着弦杆中预加轴向荷载的增大,节点承载力下降。K型节点的破坏现象主要为弦杆上表面发生明显的凹陷,并且弦杆上与受压支管垂直的斜面发生了明显的鼓曲,受压支管发生了很大的轴向位移,受拉支管轴向变形和弦杆弯曲变形都非常小。K型节点荷载-位移曲线也具有明显的峰值,节点承载力随着管径比增大而增大。  介绍了三本设计规范《国际管结构发展与研究委员会设计规范》(CIDECT)、《欧洲钢结构设计规范》(EN1993-1-8)和《美国石油学会海上固定平台规范》(API-RP2A)中对普通钢圆管相贯T型、Y型和间隙K型节点承载力的计算方法。并搜集了已有的关于不锈钢圆管相贯节点的试验结果,结合本文中的不锈钢圆管相贯节点试验结果,将上述规范中普通钢相贯节点承载力计算方法计算的节点承载力与试验承载力进行比较。结果表明:以上三本规范计算的不锈钢圆管相贯节点承载力具有较大的离散性和不准确性。  采用有限元软件ANSYS对支管轴向荷载作用下不锈钢圆管T型、Y型和间隙K型相贯节点试验进行了数值模拟,选择准确的材料力学参数和合理的边界条件,比较准确地模拟出不锈钢圆管相贯节点的荷载位移曲线和节点破坏模式,并将有限元模拟的结果与试验结果进行了比较。结果表明:本文中建立的有限元模型能够准确反映不锈钢圆管相贯节点的真实受力情况。同时对影响节点承载力的关建因素进行有限元参数化分析,分析发现:相同截面尺寸的T型、Y型节点在支管受拉作用下节点承载力要高于支管受压情况下节点承载力,约为支管受压承载力的1.20倍。弦杆壁厚t0越大,节点承载力越高;支管与弦杆的外径比β越小,节点承载力越低;K型节点中支管之间间隙g越大,节点承载力越低。弦杆中预加轴向压力荷载N0,p越大,节点承载力越低;弦杆中预加轴向拉力荷载越大,节点承载力先升高再降低。  基于三本规范中对圆管相贯T型、Y型和间隙K型节点发生弦杆塑性破坏时,节点承载力计算公式,拟合出不锈钢圆管相贯T型、Y型和间隙K型节点承载力计算公式,并将拟合公式与试验结果进行比较,结果表明:拟合公式对不锈钢圆管相贯T型、Y型和间隙K型节点承载力计算具有很好的精度,能够较好地预测不锈钢圆管相贯节点的承载力,并且具有足够高的可靠度。
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