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空心管结构因为良好的力学特性、优美的外观和相对较低的造价,越来越受到人们的关注。在直接焊接管节点中,有间隙的K形、KK形节点是广受好评的结构形式。 直接焊接空心管节点一般由圆管(CHS)与圆管相贯,或方管(SHS)与方管相贯组成。然而,由圆管支杆和方管弦杆组成的节点(也称方圆管节点)常表现出一些超过单纯由圆管或方管组成的节点的优势。方圆管节点只需要对支杆进行简单的切削即可施焊连接,而同样情况下的圆管节点在焊接之前必须对支杆进行复杂的空间切割,才能使之与圆管弦杆很好的接合。所以方圆管节点比圆管节点加工成本更低。与方圆管节点相比,方管节点常有较严重的应力集中现象,且疲劳寿命相对较低。因此,方圆管节点很可能在一些工程中提供最佳的解决方案。 本文应用材料和几何非线性有限元方法,分别对弦杆有、无轴压作用两种状态下的直接焊接K形和KK形间隙方圆管节点的静力性能进行了系统的分析,全文共计算节点400余个。具体的工作如下: 首先,建立了典型节点并通过对其细致的全过程分析掌握了K形和KK形方圆管节点的变形模式、应力分布状况及塑性区分布规律等特性。 然后,考察了主要的几何参数对节点静力性能(包括刚度、极限承载力、失效模式等)的影响规律,研究的参数有β、γ、τ、θ、g、bc、n。将有限元计算结果与现行钢结构设计规范(GB50017-2003)进行对比,指出了规范的不足之处和有待于进一步研究的问题。 最后,对KK形方圆管节点与K形方圆管节点的静力性能进行了比较。同时还比较了K形、KK形方圆管节点与参数相对应的K形、KK形方管节点的不同。得到了一些有助于结构设计的结论。