平面k型相贯节点极限承载力的影响因素

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1、笙主旦全里塑垡笙塑三翌堂查堑堕叁平面K型相贯节点极限承载力的影响因素丁北斗‘(1中国矿业大学建工学院刘鑫22大屯煤电公司设计院)摘要：平面K形钢管相贯节点是常用的空间结构相贯节点。其极限承载力的影响因素较多·应力情况较为复杂-本文以其为研究对象，分析了其在荷载作用下的受力特点及其在荷载偏心、主管的轴向应力、节点连接的偏心、支管与主管直径比等几何因素的影响下所能承受的极限荷载。而且，在同K形钢管相贯节点对比的同时，研究了l(1(型钢管相贯节点的极限承载力。，兰键词：K形相贯节点，极限承载力一』平面K形钢管相贯节点是常用的空间结构相贯节点。其极限承载力的影响因素较多，

2、应力情况较为复杂。本文以其为研究对象，利用ANsYs结构分析软件，分析了其在荷载作用下的受力特点及其在荷载偏心、主管的轴向应力、节点连接的偏心、支管与主管直径比等几何因素的影响下所能承受的极限荷载。一、影响K型相贯节点极限承载力的几何因素K型钢管相贯节点的几何影响因素很多，从理论上确定主管的最大承载力非常复杂。目前，确定主管的最大承裁力，主要是通过大量的试验和理论分析相结台，采用数理统计的方法得出经验公式来控制支管的轴心力。GB50017—2003规范是在比较和分析国内外有关近300个各类节点试验数据的基础上，比较和分析国外规范的有关规定，提出支管轴心力的限值。试

3、验证明，支管轴心力的垂直分力是造成节点破坏的主要因素。支管口角越小．垂直分力也越小，而且使相交线也越长，节点承载力就越高。支管水平力对节点强度的影响相对较小。为了计算方便，用l，s协口来表示一对节点强度的影响。1524图1实体分析模型工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会也就只考虑了垂直分力的作用，而将∥较小时相交线增长的有利因素来抵消水平分力的不利影响。既然管节点的承载能力采用极限变形准则，主管受压时，节点的局部变形将会增大，节点强度将随主管压应力的提高而降低。当主管受拉时，町减小节点的局部变形，按理节点强度应有所提高。但若主管拉，应力较大咀致接近

4、于钢材的屈服强度o，时．节点强度又会有所降低。支管与主管的直径比卢=d．，d的影响。很显然，支管直径相对愈小，主管愈容易发生局部变形，即节、点强度愈低。由于K型节点两支管分别为受拉和受压，对局部变形起到限制作用，因而提高了节点强度。图2主管轴向压应力对节点承载力得影响当K形节点中，两支管搭接时(即支管间隙4为负值)，相贯节点的极限承载力会增加，但考虑到实际工程中的搐接长度一般不是太大，在实际设计中对节点承载力的计算常不考虑其有利影响。通过以上的说明，几何因素对K形相贯节点极限承载力的影响。结合ANsYs应用程序，建立K型节点的分析模型，从荷载偏心、主管轴向应力、支

5、管连接的偏心、支管与主管直径比以及主管壁厚等因素对K型钢管柏贯节点承载力的影响进行分析。二、建立K型节点的有限元计算模型；工业建筑2007增刊图3网格化后的实体模型1525第七届全国现代结构工程学术研讨会采用ANsYs程序研究圆管节点的受力性能及其极限承载力，并分析节点的破坏模式。分析采用solid45实体单元，同时考虑了材料非线性和几何非线性。材料采用国内常见的Q345钢(E。2·06P5Ⅳ／肭2，‘2345Ⅳ，”“2)，材料假定为理想弹塑性材料，服从Mises屈服准则和塑性流动法则。本章不计残余应力，其对节点承载力的影响另行说明。主管边界按固定考虑，支管边界仅

6、允许沿管轴方向有位移，径向位移被约束；相贯线附近的单元尺寸与其它部位一致。所建单元数为1000、1500之间：加载时沿主管或支管轴向末端截面施以均布荷载，计算模型见国3：三、节点区应力分布及塑性区扩展的一般规律在支管加载过程中，支管所围节点区域基本保持向下一致的位移，主管上翼缘发生凹陷．同时发生在两侧腹板正中偏上的位置，见图4。由图可见，节点在破坏时主管的腹板和翼缘已发生相当太的变彤，引起节点处支管轴向应力分布不均匀。在加载初期，节点依靠主管上翼缘板的弯曲和抗剪作用承担荷载，并把荷载传至两侧腹板．此时翼缘板面内尚未形成张拉作用．腹板处于压弯状态；当荷载加到一定值后

7、，应力最大处首先进入屈服并逐渐进入塑性区。张拉作用逐步形成并发展．但此时并不意味着节点立即破坏，荷载仍可继续增加。一般情况下，节点的破坏荷载可达到初盎f7屈服荷载的好几倍。节点应力分布和塑性区的扩展过程可见图1。可以看出，当外力很小时，节点支、主管交接处开始屈服，随着外力的不断增大，塑性区沿主管截面向外扩展，节点破坏时，支、主管交接处主管大部分截面已进入塑性状态。图4实体模型破坏图四、总结一下影响单K型钢管相贯节点承载力的因素(一)荷载偏心根据^nsys应用程序对相贯铡管的模型进行分析，对荷载偏心的问题进行了总结。为了便于理解，本文规定，主管轴线与荷载轴线不一致时

8、，荷载轴线