加竖杆的空间KK型圆管无搭接节点的静力性能研究

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相贯节点是由几个主支管交汇而成的三维空间薄壁结构,节点区域应力分布十分复杂,因而,钢管相贯节点的静力承载能力的研究是其设计的关键问题。目前,我国《钢结构设计规范》GB50017中关于圆钢管桁架节点承载力的计算公式只涉及到了T型、Y型、X型、K型和空间TT型、KK型节点,而加竖杆的空间KK型节点虽然在工程中有大量的应用,其承载力计算公式却还没有建立。在一些实际工程中遇见此类型节点形式时,设计人员往往是凭借经验或对KK型节点的承载力计算公式的修正来进行设计的。本文采用通用有限元程序对加竖杆的空间KK型节点进行了非线性有限元分析研究。首先建立了节点的有限元模型,并分析了节点的破坏模式;其次在对加竖杆的空间KK型圆管无搭接节点进行非线性分析时,考虑了三个参数:主管径厚比γ、支管与主管的直径之比β、支管间的横向夹角φ对极限承载力的影响;最后将加竖杆的空间KK型圆管无搭接节点与具备同等几何参数条件的空间KK型节点进行分析比较,对加竖杆的空间KK型圆管无搭接节点破坏时的极限荷载进行了线性数值拟合。加竖杆的空间KK型无搭接节点的破坏模式可分为:支管轴向屈服破坏模式、主管管壁的局部屈曲破坏模式以及支管局部屈曲与主管管壁的局部屈曲共同形成的破坏模式三类。其中支管轴向屈服破坏模式并非真正意义上的节点破坏,它可以通过组成节点的构件的承载力分析得到解决;支管局部屈曲与主管管壁的局部屈曲共同形成的破坏模式充分的发挥了材料的性能,是属于高效率节点的体现。对加竖杆的KK型节点的极限承载力进行分析时,三个参数中主管径厚比γ和支管与主管的直径之比β对其承载力的影响较大,而横向夹角φ对其承载力的影响很小,因此在工程中φ的影响可以忽略不计。同时与空间KK型节点的极限承载力进行了比较,得出了加竖杆的KK型节点的极限承载力低于KK型节点的结论,对有限元计算结果进行数据拟合,提出了关于加竖杆的空间KK型圆管无搭接节点承载力的简化设计公式,为今后此类节点的进一步研究积累了经验,提供了参考,也为实际工程中的加竖杆KK型节点的设计提供了依据,对我国钢结构设计规范就加竖杆的空间KK型圆管相贯节点承载力公式的建立有一定的参考价值。
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