窄基钢管塔小角度分离式管-板节点承载力研究

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窄基钢管塔具有减小杆塔占地面积、结构合理、造型美观等特点。采用常规K型管-板节点,并考虑经济性,就有可能出现支管和主管夹角小于规范下限值的情况,使得既有规范计算方法难以准确反映该类型节点的极限承载力;同时采用传统节点形式还会致使节点板过长,造成材料浪费。本文提出了被称为分离式管-板节点的新型构造形式,并对其在窄基钢管塔中的应用进行了研究。采用ANSYS建立了总计为230个的Y型及分离式节点有限元模型,论文对它们的承载力进行了参数敏感性分析。研究了径厚比D/T、节点板长度和主管直径的比值B/D、主管和支管的夹角θ的承载力的影响;分离式节点中,还探讨了节点板间隙与节点板长度比值a/B的影响。研究表明:Y型节点和分离式节点承载力随着B/D的增加而增加、随着D/T的增加而减小。分离式节点承载力随着a/B的增加而减小。对包括3个K型节点、12个Y型节点和12个分离式节点进行了承载力试验研究和有限元计算,并从破坏模式、应力分布以及屈服和极限承载力三个方面进行对比分析。研究表明,Y型的破坏形式是为主管中点靠近节点板的位置附近被压发生凹陷;分离式节点的破坏形式是在受压支管侧,主管中间无节点板的区域发生凹陷,而在受拉支管侧邻近节点板的位置主管受拉凸起。其屈服和极限承载力随各个参数的变化情况与参数敏感性分析的结果基本一致。基于von Mises屈服准则,推导了Y型节点的设计计算公式,经与有限元分析及试验结果比较,该公式可以较为准确地反映该类型的节点承载力。在此基础上,通过总结a/B对分离式节点承载力的影响,提出了相应的分离式节点的经验公式,将其计算结果与有限元计算及试验结果进行了比较,表明该承载力计算公式较为准确地反映了分离式节点的承载力,可用于设计计算。
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