大直径弦管KK 形相贯节点滞回性能的数值模拟

2012-06-14肖建春王宏鑫

山西建筑 2012年5期

鲁哲肖建春王宏鑫

1 概述

在超大跨度管结构中存在大直径弦管相贯节点。KK节点作为空间大跨度管桁结构的节点之一，虽然现有许多课题对其进行了研究[1-3]，我国《钢结构设计规范》也给出了其在轴力作用下的承载力近似计算公式[4]，但在抗震性能方面的研究却比较少。

在抗震设计中要考虑节点的抗震耗能能力。一般节点的滞回性能都是通过实验方法来完成的[5]。这里通过有限元方法，结合某一实际工程对大直径弦管KK形相贯节点进行滞回性能分析。通过参数化分析，细致地考虑支管和弦管外径比、弦管径厚比、支弦管厚度比、支管与弦管夹角等参数的影响，为下一步的实验研究提供理论参考。

2 数值模拟

2.1 有限元模型

考虑节点几何参数支管和弦管外径比β、弦管径厚比γ、支弦管厚度比τ、支管与弦管夹角θ1=θ2=θ。弦管影响系数α和支管长度对分析有较大影响[1]。根据文献[1]的研究，当α=8时，节点末端对节点极限承载力的影响约为6%，当α=14时，可以避免节点末端对极限承载力的影响;而支管的长度在4倍支管外径时，也可避免节点末端对节点极限承载力的影响。在节点模型选取时，取弦管长度为所选桁架中的两竖向腹杆的节间长度(Δ=3000 mm)，保证α在12左右。支、腹管取弦管长度的一半，约为支管外径的6倍。根据《钢结构设计规范》，弦管和支管均为圆管的直接焊接节点承载力，应按下列规定计算，参数范围为:0.2≤β≤1;di/ti≤60;d/t≤100;θ≥30°;60°≤φ≤120°。具体参数见图 1。

基本模型参数取值如下:弦管的直径为D=500 mm，长度为L=3000 mm，厚度为t=10 mm，四根支管采用同一尺寸，直径为d=180 mm，长度为l=1200 mm，厚度为t=6 mm，节点其他主要几何参数 β =0.36，γ =25，τ=0.6，θ1= θ2=45°，θ3=60°。

模型的边界条件为弦管一端固结，另一端滑动。支管仅允许其轴向发生位移，加载方式为在四支管施加逐级增加的低周往复位移，且保证同步、异向。在弹性阶段采用荷载控制，分为四级，荷载值按25%递增，每级只循环一次，而当节点进入塑性阶段后，以最大的弹性位移作控制量，每级循环三次。为保证收敛与精度，每个增量步设置为20个子步，加载历程如图2所示。