论文部分内容阅读
本文以基本的X型斜插板焊接管节点为研究对象,进行了轴压试验研究,同时结合了非线性有限元数值分析,主要考察了夹角(θ)和相对板厚(τ)对X型斜插板焊接管节点的轴压受力性能、破坏模式、极限承载力的影响。首先,分别对10个X型斜插板焊接方管(GXS)节点、10个X型斜插板焊接矩形管(GXR)节点及10个X型斜插板焊接圆管(GXC)节点进行试验。介绍了试验方案,考察了节点破坏模式、应变分布、延性好坏、极限承载力,同时讨论了θ和τ对节点承载力、延性的影响。本试验中GXS节点出现了两种破坏模式有:板件失效(θ较大或τ较小时)、管板联合失效(τ较大且θ较小时);GXR节点出现了三种破坏模式有:管壁失效(τ较大时)、板件失效(τ较小且θ很大时)、管板联合失效(τ较小且θ较小时);GXC节点出现了两种破坏模式有:板件失效(τ较小或θ较小时)、管板联合失效(τ较大且θ很大时)。荷载较小时节点域应变强度均匀分布,荷载增大后,应变强度不再均匀分布,应力进行重分布,焊缝端部应变强度最大,应力在焊缝端部集中。τ较大时X型斜插板焊接管节点的刚度随θ增大呈增大趋势;τ较小时,GXR节点的刚度随θ增大呈增大趋势,GXS和GXC节点的刚度随θ变化比较复杂无明显变化趋势。X型斜插板焊接管节点的延性随τ增大而变好;τ较小时, GXS节点的延性随θ增大而变好,GXR节点的延性随θ增大而变差,GXC延性随θ的变化无明显特征;τ较大时,GXS节点的延性随θ增大而变差,GXR和GXC节点的延性几乎不受θ的影响。τ较大时,随着θ的增大,X型斜插板焊接管节点的轴压极限承载力呈增大趋势,但GXS增幅较小;τ较小时,随着θ的增大,GXS和GXR节点的轴压极限承载力呈增大趋势,GXC节点的轴压极限承载力几乎不变;随着插板相对厚度τ增大,X型斜插板焊接管节点的轴压极限承载力增大。目前IIWS规范不能较准确计算X型斜插板焊接管节点的轴压极限承载力。随后本文对此类节点的极限承载力进行了非线性有限元适应性分析。分别对10个GXS节点、10个GXR和10个GXC节点进行有限元分析,建立了有效且准确的有限元模型,并比较有限元分析结果和试验结果,验证该有限元模型的适用性。之后,本文分别对28个GXS、28个GXR和28个GXC节点进行了非线性有限元参数分析,考察此类节点受力性能、节点破坏模式的分布规律以及几何参数θ和τ对节点极限承载力的影响。X型斜插板焊接管节点的极限承载力受几何θ和τ的影响比较大。τ比较小时,GXS和GXR节点极限承载力受其影响显著,随τ增大,影响减弱,而τ对GXC节点极限承载力的影响比较小;τ较小时,θ对GXS承载力无影响,对GXR和GXC承载力影响也很小可以不予考虑;τ较大时,θ增大GXS承载力增大,GXR承载力在θ数值较小时增大,而在θ数值较大时几乎不变甚至有所降低,GXC承载力一直增大到θ达到最大值90o时才有所降低。根据本文研究结论,对工程中X型斜插板焊接管节点的设计提出几点建议。然后,本文在IIWS规范中关于X型斜插板焊接管节点极限承载力计算公式的基础上,通过一元线性回归,得到相对较高精度的X型斜插板焊接管节点极限承载力计算公式。与本次有限元参数分析结果对比,证明此公式具有较高精度和可靠性。最后,讨论了需要进一步研究的内容。