T型方管相贯节点轴向刚度影响因素研究.pdf

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1、装饰装修天地T型方管相贯节点轴向刚度影响因素研究张婷婷西南科技大学城市学院土木工程系摘要：研究了方钢管相贯节点几何参数对其刚度性能的影响。以T型管节点作为研究对象，利用ANSYS有限元软件对节点进行非线性模拟，分析支管与主管的宽度比β和主管的宽厚比γ等节点几何参数对节点轴向刚度的影响。结果表明：在相同的γ下，弹性阶段节点轴向刚度随β的增加提高显著，进入塑性阶段以后，影响程度略有降低；在相同的β下，随着主管宽厚比γ的降低，节点刚度提高显著。结果为分析节点的变形机理奠定了基础。关键词：T型相贯节点；轴向刚度；有限元分析；几何参数1引言钢管作为一种结构构件最早始于自行车制造业的兴起[

2、1]，而后图1β对节点荷载-位移曲线的影响逐渐发展到多个领域。在建筑工程方面，钢管结构重量轻、抗腐蚀另外，图中各曲线具有相同的变化趋势。当γ和τ值固定时，性能强，且具有优良的抗压、抗弯、抗拉、抗扭等性能，在大跨及多弹性阶段曲线的斜率（即节点的轴向刚度）随支管和主管的宽度比高层建筑中应用越来越广泛。β的增加而显著提高。这是由于在主管宽度一定的情况下，支管的影响钢管节点受力性能的参数较多，其中包括节点连接方式、宽度增加导致β值的增大，进而使得支管强度及节点抗变形能力增几何参数、荷载施加方式等。Fessler等人[2]开展了27个单支管相贯加，节点的刚度增大。节点模型试验，根据试验结

3、果统计回归总结出了单支管相贯节点3.2γ对轴向刚度的影响的刚度影响因素，并得到影响因素参数方程。张超等人[3]利用有限固定参数β和τ，仅变化γ值，节点的荷载-位移计算结果曲线元软件ANSYS对圆钢管ZYY型相贯节点的刚度性能进行分析，研如图2所示。究了不同几何参数对节点轴向刚度的影响，其研究结果表明，增大支管与主管的直径比以及主管的径厚比可以在很大程度上提高节点的轴向刚度。由于钢管节点受力复杂，且影响因素多，因此准确地分析实际工程应用中钢管节点的受力情况仍是重要的挑战。本文基于徐州音乐厅实际工程应用，以T型方管相贯节点为研究对象，采用AN⁃SYS有限元模拟，分析讨论节点在支管承

4、受轴向压力作用下的刚度性能，得出了不同几何参数对其轴向刚度的影响规律。2有限元计算模型节点建模的边界条件如下：（1）主管一端固接，另一端仅允许沿主管发生轴向位移；（2）支管端部允许转动，且允许支管发生轴图2γ对节点荷载-位移曲线的影响向位移。采用位移加载方式施加荷载。由于模型具有几何、荷载从图4中可以看到，在加载初期，节点轴向变形不大，变形随施对称性，为了提高计算效率，采用1/4模型进行计算分析。加的轴力线性增长。当支管轴力达到一定量值后，节点变形随轴影响T型方管节点轴向刚度的几何参数主要有支管与主管的力的增加显著增大，此时节点刚度的非线性特性明显。宽度比（β）及主管的宽厚比（

5、γ）。本文在研究中，分别选取6组不同此外，在节点β和τ值一定的情况下，随着主管宽厚比γ的降的β值（β=0.85，0.80，0.70，0.60，0.50，0.40）和3组不同的γ值（2γ=低，荷载-位移曲线在直线段的斜率有很大幅度的提高，即节点轴16.67，20，25）用于节点的计算和分析。向刚度显著提高。这是因为γ较小意味着主管壁较厚，此时节点在3结果分析破坏之前塑性发展充分，从而显示了较大的刚度特征。根据T型节点的变形机理，同时参考文献[4]，可以定义节点轴向4结论刚度为：本文以T型方钢管相贯节点为研究对象，通过ANSYS有限元K=P软件对节点进行非线性模拟，得到节点刚度性能

6、受β和γ的影响规Nδ律。结果表明：1）在γ和τ值一定的情况下，随β的增加，节点的轴其中，KN为轴力作用下T型节点的轴向刚度；P为支管所受轴向刚度在弹性阶段大幅提高，量值约为原来的1.6~3.0倍；而在进力；δ为支管轴力作用下节点连接处沿支管轴向位移。由节点轴向入非线性阶段以后，β值对节点刚度的影响略有降低；2）在相同的刚度定义可知节点的荷载-位移曲线斜率即为节点的轴向刚度。β和τ值下，随着主管宽厚比γ的降低，节点刚度提高显著，量值约3.1β对轴向刚度的影响为原来的2~3倍。因此在实际工程中，应该尽量使支管的宽度与主根据钢结构设计规范，当相贯节点破坏模式为主管表面发生管宽度接近并

7、增大主管的厚度，从而有利于提高节点刚度。塑性失效时，支管与主管的宽度比β的限值为：β≤0.85。因此，本文中β的取值范围定为0.4≤β≤0.85。为了保证影响参数处于单一变化状态，本文采用固定参数γ和τ（τ为支管与主管的厚度比），仅参考文献：变化β值的分析方法。节点的荷载-位移计算结果如图1所示。[1]赵熙元,陈东伟,谢国昂著.钢管结构设计[M].北京:中国建筑如图1所示，曲线横坐标为节点处的位移，曲线纵坐标为支管工业出版社,2011(11).所施加的轴向力。图中曲线表示在相同的γ和τ值下，