外加劲肋加强X和T形圆钢管节点轴向受拉承载性能研究

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圆钢管结构外形美观,受力性能好,在建筑结构中应用广泛。节点往往是钢管结构的薄弱环节,是决定整个结构性能的关键。提升节点性能是提升整个结构性能最直接而有效的方式,而采取外加构造措施加固节点的方式是提升节点性能最简单的方式。在众多钢管节点连接形式中,相贯节点以其简洁的外观、出色的性能和便于施工等优点成为了工程中最常见的节点之一。本文研究内容为外加劲肋加强方式对支管受拉X形和T形相贯圆钢管节点轴向受拉性能的影响。文章以12根节点构件的足尺试验为基础,结合有限元模拟方法,探究了外加劲肋加强X形和T形节点的破坏模式,极限承载力和承载力计算公式。文中试验包含3个X形圆钢管节点对照组和3个T形圆钢管节点对照组在内的共计6个对照组,每个对照组包含1个未加强节点和与之对应的1个外加劲肋加强节点,通过对比两者差异得到外加劲肋的加强效果。随后以试验结果为依据建立了准确的有限元模型,并基于有限元模型批量分析方法对影响节点承载力的节点几何参数进行了参数分析。具体来说,选取β(支管与主管外径之比d1/d0)、γ(主管直径与壁厚之比d0/2t0)、ls(加劲肋长度)和ts(加劲肋厚度)为影响因素,分别建立304个X形节点模型和256个T形节点模型,最终得到影响X形和T形节点承载力的主要因素。最后,以环模型为基础推导外加劲肋加强X形节点极限承载力计算公式。本文得到如下主要结论:1.外加劲肋加强是一种有效的钢管节点加强方式。它能显著地提高X形和T形圆钢管节点的极限承载力和初始刚度。相对于未加强节点,三组X形节点的承载力分别提升了3.7%、16.6%和19.3%,初始刚度分别提升了12.5%、9.6%和15.1%。而三组T形节点的承载力分别提升了14.1%、27.9%和32.4%,初始刚度分别提升了15.5%、9.6%和30.1%。2.试验中X形和T形节点出现焊缝破坏和主管塑性变形破坏两种破坏模式。在参数分析中观察到T形节点出现了三种破坏模式:主管塑性变形破坏、支管受拉屈服破坏和主管弯曲破坏模式。而X形节点只出现主管塑性变形破坏和支管受拉屈服破坏两种破坏模式。3.外加劲肋厚度对X形和T形节点的极限承载力影响很小,影响范围基本在1%之内。对于X形节点,主管壁厚γ和外加劲肋尺寸ls与节点承载力呈正相关趋势,节点的承载力提高系数随着这两个因素的增加而提升。而支管的外径β对提高系数的影响没有统一的规律。对于T形节点,支管的外径β,主管壁厚γ和外加劲肋尺寸ls与节点承载力呈正相关趋势,节点的承载力提高系数随着这三个因素的增加而提升。4.外加劲肋的加强效果来源于荷载传递有效长度Be的增加。运用统计分析软件SPSS的非线性回归分析功能并结合中国规范《钢结构设计标准》中的X形节点支管受拉静力计算公式,最终得到外加劲肋加强X形节点支管受拉极限承载力的计算公式。
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