主方支圆钢管结构加强型K节点承载力研究

杜俊松 张 琴

(宁夏大学土木与水利工程学院，宁夏银川 750021)

1 模型的设计

本文选取了三组节点来分析钢管结构加强型K节点的力学性能，每组分别选取主管和支管的尺寸相同的五个节点，套管的尺寸不同，并对各节点进行极限承载力的分析，主管外宽分别为120 mm，240 mm，480 mm。支管外径分别为 80 mm，100 mm，200 mm。取加强套管的长度和加强套管的厚度为变化值，主要应考虑的参数为:节点主管的外宽与支管外径的比值β，主管的外宽与主管的厚度的比值γ和主管的厚度与支管的厚度的比值τ，主管的长度和加强套管的长度的比值L/l0，主管的厚度与加强套管的厚度的比值T/t0，在建模过程中同一组的主管的厚度和长度不变化。分析比较加强套管的几何参数进行变化时，对钢管结构加强型K节点的力学性能的影响，并与钢管结构普通K型节点的承载力性能进行比较。

2 主方支圆(R—C)有限元计算结果

本文共选取了三组节点来分析钢管结构加强型K节点的力学性能，每组分别为五个节点，每一组五个节点的弦杆和腹杆的尺寸都相同，加强节点中加强套管的长度为l0，加强套管的厚度t0是变化值，同一组节点中β，γ，τ取相同值，变化套管的长度l0，套管的厚度t0，即主管的长度和加强套管的长度的比值L/l0，主管的厚度与加强套管的厚度的比值T/t0变化时，分析加强型K节点的力学性能。比较钢管结构加强型K节点与钢管结构普通K节点承载力的变化，并比较两种节点的破坏模式。同时比较分析在主管的长度和加强套管的长度的比值L/l0，主管的厚度与加强套管的厚度的比值T/t0变化时对钢管结构加强型K节点破坏模式及承载力的影响，比较得出其变化参数的优化值。变化参数L/l0，T/t0不同时钢管结构加强型K节点极限承载力计算结果见表1。

3 参数L/l0，T/t0对钢管结构加强型K节点的承载力影响

表1 变化参数L/l0，T/t0不同时钢管结构加强型K节点应力和位移值

由表1可以得出，在参数L/l0，T/t0不同，节点承载力与位移也不同，当主管厚度与加强套管厚度的比值T/t0是定值，即节点加强套管的厚度尺寸是定值，主管长度与加强套管长度的比值L/l0的值分别取5，3.33，2.5，2，1.67 时，也就是取主管长度分别为 5，3.33，2.5，2，1.67 倍的加强套管长度，得出的最大应变与最大应力之间的关系。当节点加强套管的厚度尺寸是定值时，套管长度变大时承载力是呈增加的走势，但是主管长度与加强套管长度的比值L/l0取2和1.67的时候，加强套管长度变大时承载力不再跟随其变化，当主管厚度与加强套管厚度的比值T/t0取1.0和1.1的时候，主管的长度与加强套管的长度的比值L/l0取2的时候的承载力要大于取1.67时的承载力，当主管厚度与加强套管厚度的比值T/t0为其他值时，主管长度与加强套管长度的比值L/l0取2和1.67时的承载力差别不大，如果考虑到用料的经济问题的话，在加强套管长度选取上建议主管长度与加强套管长度的比值L/l0取2，也就是主管长度是加强套管长度的2倍。

当参数主管长度与加强套管长度的比值L/l0为定值时，即加强套管的长度l0为定值，主管厚度与加强套管厚度的比值T/t0分别取 1.67，1.43，1.25，1.11，1，也就是取主管的厚度分别为1.67，1.43，1.25，1.11，1 倍的加强套管的厚度，对每组不同的主管的长度与加强套管的长度的比值L/l0的承载力取加权平均数，最终得到当主管的厚度与加强套管的厚度的比值T/t0取1.43时候的承载力加权平均数最大，为最优解。所以对于加强套管厚度t0来说，本文建议取主管厚度与加强套管厚度的比值T/t0为1.43，也就是主管厚度是加强套管的厚度的1.43倍。

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