t型方圆相贯节点的受弯性能分析

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1、第七届全国现代结构]_=程学术研讨会T型方圆相贯节点的受弯性能分析丁北斗‘李仁彬1丁丽2(1中国矿业大学建工学院2210082徐州市农业资源开按局规划设计寓221006)’0摘要：为了研究T形圆管相贯节点的抗弯承载力和抗弯刚度，在ANsYs结构分析软件中对T形圆管相贯节点进行了有限元理论分析，并将分析结果与试验结果做比较，指出有限元模拟结构的不足之处．关键词；T形相贯节点．抗弯性能，抗弯承载力，抗弯刚度，足尺模型一、月u声管结构以其良好的建筑效果和力学性能以及综合上的经济指标，在大跨空间结构中得到越来越广

2、泛的应用．考虑到施工的方便，管结构构件之间通常会直接在加工厂或施工现场焊接而成，这些构成管结构连接部位而直接焊接而成的节点，通常被称之为相贯节点．随着大跨空间的结构的广泛应用，国内外研究学者，对相贯节点的研究也日益加深但是目前研究学者研究得较多得是相贯节点在轴向力作用下的破坏模式、极限承载力和变形特点．而对相贯节点在受到平面内或平面外的弯矩作用研究得较少，而且在我国的钢结构设计规范中，也没有体现相贯节点的受弯承载力和受弯刚度方面的规定。在实际工程设计中，研究人员发现析，如果把采用钢管相贯节点的结构作为平面

3、的或空间的铰接杆件体系来看待所得出的计算结果与把结构作为刚接体系两种模式分别进行计算所得出的结果是不～样的，而按刚接节点进行计算更接近于工程实践．按铰按模式进行结构计算时，有时会得出结构强度等不够的情形．因此，加强对相贯节点的抗弯承裁力和节点的局部抗弯刚度进行研究非常必要．此外，研究相贯节点的抗弯刚度对构件的稳定性能和动力性能的理解有密切的关系．“～二、研究对象及研究目的(一)研究目的研究T型相贯节点的受弯力学性能和节点的刚度。(=)研究原理在有限元建立的模型示意图见图1，T型相贯节点通过在支杆旄加竖向荷

4、载，在支杆与主杆节点处形成弯矩，通过逐级施加模拟荷载，根据判断T型相贯节点的承载力标准，来判定此相贯节点的受弯承载力。根据节点处的位移来判定此节点的刚度。工业建筑2007增刊1165第七届全国现代结构工程学术研讨会3。1166图1T型相贯节点加载试验简图(三)节点参教研究的节点为T形相贯节点，主管和支管均为圆管，节点几何外形参数如图2所示。图2T形相贯节点节点的钢材均为Q345B钢材节点相连的钢管材性试验见表l，节点试件的一些无量纲几何参数见表2、表1节点材性表工业建筑2007增刊第七屑全国现代结构工程学

5、术研讨会三、有限元分析(一)有限元模型建立分析时采用ANsYs软件库中的三维弹塑性实体单元s01id45单元进行建模和计算：网格划分控制单元边长，相贯线附近缩小控制尺寸，获得较高的精确度：使用非线性求解器求解，考虑材料非线性和几何非线性，采用Mises屈服准则：收敛准则为位移收敛准则：材料为Q345钢，与试件～致。有限元模型中主管按两端铰支进行考虑。工业建筑2007增刊圈3所采用的钢材的应力一应变关系曲线图4ANsYs中的T影相贯节点分析模型1167第七届全围现代结构1二程学术研讨会(二)有限元分析结果在

6、ANSYs中分析的变形和von—Mises应力见闺图5ANsYs中的T形相贯节点总变形图‘圄6ANsYs中的T形相贯节点von—Mises应力图(三)节点承载力评价试件发生破坏的标准为：⋯。a．支管荷载一位移曲线的极值点：b．受拉杆件表面或杆件交汇处焊缝达到20％受拉应变，产生受拉初裂缝：c．由变形极限控制的承载力确定。主管表面产生的沿支管轴线的变形极限可由60ed／E确定(相对于主管轴心)，主管的径向变形极限通儿68工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会常定为O．03D：d．节点沿焊缝塑性

7、区、贯通表4试验结果与有限元承载力分析结果比较从表6中可以看出．试验结果与有限元分析结果相差较大．产生这种误差的原因主要有以下两个方面：(1)由于试验条件的限制，试件的支座不可能做到完全的铰接或刚接，与有限元分析时采用的支座情况相差较大：(2)有限元分析时没有考虑焊缝以及焊缝缺陷对节点极限承载力的影响，而实际上它们对节点的极限承载力有很大的影响，尤其是后者．在本文的试件破坏时，节点区域的焊缝发生开裂，由此亦可看出焊缝对相贯节点极限承载力的影响四、结论1)通过有限元分析证明，相贯节点处的应力比较复杂，往往节

8、点处各点的应力不一致，一般是节点处的鞍点和冠点最先达到屈服强度，但此时节点并不是说不能继续承受荷载，通过应力重分布，来继续承受荷载．．z)T型相贯节点在受到弯矩作用下，如果主管相对支管比较刚性，那么在节点处，主管上的变形相对较小，而支管由于在弯矩作用下，相对于主管就会产生较大位移，在没有达到屈服前，基本符合虎克定律．3)在一定几何参数下，相贯节点在直至相连腹杆达到屈服强度之前，可以作为全刚节点看待，但是各种类型的相贯节点的抗弯