圆管相贯节点极限承载力有限元分析

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1、第!"卷第#期建筑结构"$$"年#月圆管相贯节点极限承载力有限元分析刘建平郭彦林陈国栋（青海大学建工系西宁%&$$&’）（清华大学土木系北京&$$$%(）［提要］应用材料和几何非线性有限元法分析了)，*，+形圆管相贯节点的应力和塑性区分布规律、节点变形及节点几何参数对节点极限承载力的影响，获得了影响管节点承载力的主要参数与承载力曲线；将有限元计算结果与各国规范进行比较，指出了现有规范的不足之处，为我国规范的进一步修订提供了理论依据。［关键词］钢管相贯节点非线性有限元极限承载力,-.-/0/1234/5678-189:;1/9<9:;1=6-3/0-0-3>20/-4;/2?/526

2、12/-8;::@<@90-34.;/21-;:;3?426.2/1-8;:363:-32;17-3-/22:2.23/.2/56?AB/1200?-0/1-<9/-63，C:;0/-8DE6320C12;?;12C12023/2?，;3?-37:9238267=6-3/426.2/1-8C;1;.2/21063=6-3/0/1234/50;12;3;:@E2?AB6.290279:8638:90-630;12?1;F3761127212382-3/520/198/91;:?20-43AG@86.C;1-34/52HIJ1209:/0F-/5/5;/67/52891123/KLM;

3、3?N;C;320286?20，/52?27-8-238@<2/F223/52.-07693?69/F5-85C16D>-?20;/52612/-8;:<;0-0761791/521KLM86?2.6?-7-8;/-63A!"#$%&’(：/9<9:;1=6-3/；363:-32;17-3-/2D2:2.23/；9:/-.;/20/1234/5一、引言平面圆管相贯节点是一种简单的节点形式，对其性能的研究一直被视作更复杂节点性能研究的基础，深受关注。#$年代以来，国内外一些学者对圆管相贯［&］节点的静力性能做过不少试验研究，提出了一些承图&)，*形节点的计算模型［"］载力计算公式，我

4、国规范对此也作了规定，但尚待研究的问题仍不少，比如，理论研究还很缺乏，公式形式及适用范围都需要进一步完善。为此本文通过非线性全过程分析，选择影响)，*，+形圆管相贯节点承载力的主要因素，对其承载力性能进行研究，从而找到一些图"+形节点的计算模型规律，获得了一些对工程设计有益的结论；并将计算结果与各国规范作比较，指出了现有规范的不足之处，为向的位移，径向位移被约束；单向加载（如图&，"所示）我国规范的进一步修订提供了理论依据。时，仅在支管末端的节点上均匀施加沿支管轴向的集二、有限元分析中荷载；双向加载（如图&，"所示）时，分别沿支管及主［!］运用有限元软件OPB*B对节点进行弹塑性大

5、管末端的节点上均匀施加沿轴向的集中荷载；荷载D位挠度分析，研究各种因素对)，*，+形圆管相贯节点承移曲线的非线性特性和极值点承载力采用弧长法跟载力性能的影响规律。踪。节点材料采用国内常见的R!(S钢，分析中钢材&Q计算模型假定为理想弹塑性材料，不计残余应力的影响。在非线性有限元分析过程中，考虑了边界条件、网"Q计算参数格精度、材料性能等因素，使获得的极限承载力具有较对)，*，+形圆管相贯高的工程精度。节点建模采用四节点、弹塑性板壳单节点进行极限承载力分析，元，每个节点’个自由度，包括!个线位移自由度和!考察支、主管直径比，主管!个转动自由度；材料弹塑性的发展和单元的刚度由>63径厚

6、比"，支、主管厚度比J-020屈服准则及相关的流动法则确定，采用等向强化#，两支管间隙比$不同时，图!管节点几何参数表示理论。网格划分时控制单元边长，相贯线附近缩小控对相贯节点承载性能的影制尺寸，使支、主管交接附近处单元尺寸与主管厚度基响。所选算例均属工程中常用范围，计算结果列于表［(］本相等；主管边界按固定考虑，支管仅允许沿管轴方&，"，其中%T!／"，$T#／"（见图!）。为了更直观地S’!，"形圆管相贯节点的几何参数和极限承载力表!（(）破坏过程和塑性区扩展的情况当通过支管几何参数极限承载力加载时，由于节点相贯线复杂，主管径向刚度与轴向刚节点编号!"#$%!#（$%）度相差较

7、大，因此应力沿主管的轴向和环向分布很不!&’(()’*+)’’*,-’..*,均匀，相贯线处发生局部变形和局部应力集中，离开交!&’)()’*+)’(*’-’./*/!&’0()’*1/(’’*,-’+()*,线后应力迅速下降。一般在管节点的鞍点或冠点处首!&’+()’*1/)’’*,-’(+.*0先屈服，但此时并不意味着节点将立即破坏，随着荷载!&’,()’*1/0’’*,-’.0*.!&’1()’*1/+’’*,-’++*’的逐渐增加，该点逐渐形成塑性区使应力重分