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圆钢管相贯节点的主管径向刚度明显小于支管的轴向刚度,在承受支管轴向力作用时容易在节点区域发生破坏,且焊缝附近区域由于刚度变化等因素造成应力集中现象,使节点过早进入屈服而先于构件发生破坏,造成结构构件的承载性能不能得到完全发挥。因此有必要通过对节点焊缝区域主管的局部加强处理来提高节点的承载能力和抵抗变形能力。现有多种对节点和主管的加强方式,本文研究的管壁加强方式是通过对局部主管管壁的加厚来增强主管的径向刚度进而提高节点承载能力。在试验测试和有限元模型分析的基础上,本文主要做了以下工作并得出相关结论:
(1)分别对三组T型和Y型平面相贯节点及其相应的管壁加强节点进行支管轴向压力作用下的试验测试,研究了节点的受力性能和破坏形式。研究表明管壁加强方式对节点承载力提高效果显著。
(2)对上述三组加强及未加强节点和相关文献中的T节点建立了有限元分析模型,模型的材料属性、边界条件及加载制度等完全模拟试验过程,通过合理的网格划分,计算出上述节点的数值分析结果。通过与试验结果的对比,验证了有限元模型的正确性,并进一步了解管壁加强型节点的受力特性。
(3) 应用上述建模方法对T型和Y型平面相贯节点进行了大量的参数分析,研究了节点加强参数Tc/T(管壁加厚参数)和Lc/D (Lc/d1)(厚管壁加长参数)分别对节点极限承载力提高的影响效果。在此基础上又对管壁加强型T/Y节点极限承载力有影响的相关参数,如支管与主管直径比b、主管直径与2倍厚度比g、Y型节点主支管夹角θ等,进行参数分析,得出参数影响的基本规律并提出相应的承载力计算公式。
(4) 结合实际工程中的空间相贯节点,建立有限元模型对节点进行数值分析,研究了管壁加强方式在此空间节点中的应用及相应的加强效果。研究表明,管壁加强方式应用于空间节点中可以显著提高节点的承载能力并增强节点主管的抵抗变形能力,同时管壁加强方式能等效替代其他加强方式或组合加强方式,相比于主管内置插板,管壁加强方式具有约束支管转动位移及便于焊接施工等优点。