K型管板节点极限承载力研究

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本文研究的主要内容为K型管板节点极限承载力非线性有限元分析和节点承载力公式回归两部分。K型管板节点广泛应用于屋顶桁架弦杆和腹杆的连接、支撑钢框架中支撑构件端部节点及钢桥、输电塔与支座节点中。本文采用通用有限元程序ANSYS对K型管板节点进行了非线性有限元研究,分析时考虑了6个无量纲几何参数,即板长与主管直径之比α=Lp/D;支主管直径比β=d/D;支管插入板的长度与支管直径之比ν=Lw/d;板厚与主管壁厚比τ1=tp/T;支管壁厚与板厚比τ2=t/tp;主管径厚比γ=D/T对该节点破坏模式的影响,总结了该节点的四种主要的破坏模式:受压支管局部屈曲破坏模式、节点板屈服破坏模式、节点板屈服与支管联合破坏模式、节点板屈服与主管壁过度塑性变形联合破坏模式。几何参数是影响节点极限承载力的主要因素。本文分别分析了以上6个无量纲几何参数对承载力的影响,对节点设计中无量纲几何参数的合理选用提出了建议。同时考虑了支管端面至主管的净距离、节点偏心、主管轴力、主支管夹角、支管端部不同约束条件对K型管板节点极限承载力的影响。本文有限元计算中98%的节点破坏与节点板有关,可见节点板是K型管板节点中的薄弱部分,为了充分发挥材料的性能,考虑在节点板与主管交界处设置加劲肋来提高节点极限承载力。本文分析了不同位置的加劲肋对节点极限承载力的影响。同时比较了加肋K型管板节点与加肋相贯K型节点极限承载力,在不考虑焊缝缺陷、残余应力时,加肋K型相贯节点极限承载力高出K型管板节点30%左右,但施工相对复杂,实际工程中选用节点时,应综合考虑节点承载力与施工简易等因素。最后根据有限元计算结果,采用最小二乘法对K型管板节点极限承载力公式进行了回归。
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