T型方管相貫節(jié)點(diǎn)軸向剛度影響因素研究.pdf

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1、裝飾裝修天地T型方管相貫節(jié)點(diǎn)軸向剛度影響因素研究張婷婷西南科技大學(xué)城市學(xué)院土木工程系摘要：研究了方鋼管相貫節(jié)點(diǎn)幾何參數(shù)對其剛度性能的影響。以T型管節(jié)點(diǎn)作為研究對象，利用ANSYS有限元軟件對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行非線性模擬，分析支管與主管的寬度比β和主管的寬厚比γ等節(jié)點(diǎn)幾何參數(shù)對節(jié)點(diǎn)軸向剛度的影響。結(jié)果表明：在相同的γ下，彈性階段節(jié)點(diǎn)軸向剛度隨β的增加提高顯著，進(jìn)入塑性階段以后，影響程度略有降低；在相同的β下，隨著主管寬厚比γ的降低，節(jié)點(diǎn)剛度提高顯著。結(jié)果為分析節(jié)點(diǎn)的變形機(jī)理奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：T型相貫節(jié)點(diǎn)；軸向剛度；有限元分析；幾何參數(shù)1引言鋼管作為一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件最早始于自行車制造業(yè)的興起[

2、1]，而后圖1β對節(jié)點(diǎn)荷載-位移曲線的影響逐漸發(fā)展到多個(gè)領(lǐng)域。在建筑工程方面，鋼管結(jié)構(gòu)重量輕、抗腐蝕另外，圖中各曲線具有相同的變化趨勢。當(dāng)γ和τ值固定時(shí)，性能強(qiáng)，且具有優(yōu)良的抗壓、抗彎、抗拉、抗扭等性能，在大跨及多彈性階段曲線的斜率（即節(jié)點(diǎn)的軸向剛度）隨支管和主管的寬度比高層建筑中應(yīng)用越來越廣泛。β的增加而顯著提高。這是由于在主管寬度一定的情況下，支管的影響鋼管節(jié)點(diǎn)受力性能的參數(shù)較多，其中包括節(jié)點(diǎn)連接方式、寬度增加導(dǎo)致β值的增大，進(jìn)而使得支管強(qiáng)度及節(jié)點(diǎn)抗變形能力增幾何參數(shù)、荷載施加方式等。Fessler等人[2]開展了27個(gè)單支管相貫加，節(jié)點(diǎn)的剛度增大。節(jié)點(diǎn)模型試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)

3、果統(tǒng)計(jì)回歸總結(jié)出了單支管相貫節(jié)點(diǎn)3.2γ對軸向剛度的影響的剛度影響因素，并得到影響因素參數(shù)方程。張超等人[3]利用有限固定參數(shù)β和τ，僅變化γ值，節(jié)點(diǎn)的荷載-位移計(jì)算結(jié)果曲線元軟件ANSYS對圓鋼管ZYY型相貫節(jié)點(diǎn)的剛度性能進(jìn)行分析，研如圖2所示。究了不同幾何參數(shù)對節(jié)點(diǎn)軸向剛度的影響，其研究結(jié)果表明，增大支管與主管的直徑比以及主管的徑厚比可以在很大程度上提高節(jié)點(diǎn)的軸向剛度。由于鋼管節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜，且影響因素多，因此準(zhǔn)確地分析實(shí)際工程應(yīng)用中鋼管節(jié)點(diǎn)的受力情況仍是重要的挑戰(zhàn)。本文基于徐州音樂廳實(shí)際工程應(yīng)用，以T型方管相貫節(jié)點(diǎn)為研究對象，采用AN?SYS有限元模擬，分析討論節(jié)點(diǎn)在支管承

4、受軸向壓力作用下的剛度性能，得出了不同幾何參數(shù)對其軸向剛度的影響規(guī)律。2有限元計(jì)算模型節(jié)點(diǎn)建模的邊界條件如下：（1）主管一端固接，另一端僅允許沿主管發(fā)生軸向位移；（2）支管端部允許轉(zhuǎn)動(dòng)，且允許支管發(fā)生軸圖2γ對節(jié)點(diǎn)荷載-位移曲線的影響向位移。采用位移加載方式施加荷載。由于模型具有幾何、荷載從圖4中可以看到，在加載初期，節(jié)點(diǎn)軸向變形不大，變形隨施對稱性，為了提高計(jì)算效率，采用1/4模型進(jìn)行計(jì)算分析。加的軸力線性增長。當(dāng)支管軸力達(dá)到一定量值后，節(jié)點(diǎn)變形隨軸影響T型方管節(jié)點(diǎn)軸向剛度的幾何參數(shù)主要有支管與主管的力的增加顯著增大，此時(shí)節(jié)點(diǎn)剛度的非線性特性明顯。寬度比（β）及主管的寬厚比（

5、γ）。本文在研究中，分別選取6組不同此外，在節(jié)點(diǎn)β和τ值一定的情況下，隨著主管寬厚比γ的降的β值（β=0.85，0.80，0.70，0.60，0.50，0.40）和3組不同的γ值（2γ=低，荷載-位移曲線在直線段的斜率有很大幅度的提高，即節(jié)點(diǎn)軸16.67，20，25）用于節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和分析。向剛度顯著提高。這是因?yàn)棣幂^小意味著主管壁較厚，此時(shí)節(jié)點(diǎn)在3結(jié)果分析破壞之前塑性發(fā)展充分，從而顯示了較大的剛度特征。根據(jù)T型節(jié)點(diǎn)的變形機(jī)理，同時(shí)參考文獻(xiàn)[4]，可以定義節(jié)點(diǎn)軸向4結(jié)論剛度為：本文以T型方鋼管相貫節(jié)點(diǎn)為研究對象，通過ANSYS有限元K=P軟件對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行非線性模擬，得到節(jié)點(diǎn)剛度性能

6、受β和γ的影響規(guī)Nδ律。結(jié)果表明：1）在γ和τ值一定的情況下，隨β的增加，節(jié)點(diǎn)的軸其中，KN為軸力作用下T型節(jié)點(diǎn)的軸向剛度；P為支管所受軸向剛度在彈性階段大幅提高，量值約為原來的1.6~3.0倍；而在進(jìn)力；δ為支管軸力作用下節(jié)點(diǎn)連接處沿支管軸向位移。由節(jié)點(diǎn)軸向入非線性階段以后，β值對節(jié)點(diǎn)剛度的影響略有降低；2）在相同的剛度定義可知節(jié)點(diǎn)的荷載-位移曲線斜率即為節(jié)點(diǎn)的軸向剛度。β和τ值下，隨著主管寬厚比γ的降低，節(jié)點(diǎn)剛度提高顯著，量值約3.1β對軸向剛度的影響為原來的2~3倍。因此在實(shí)際工程中，應(yīng)該盡量使支管的寬度與主根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，當(dāng)相貫節(jié)點(diǎn)破壞模式為主管表面發(fā)生管寬度接近并

7、增大主管的厚度，從而有利于提高節(jié)點(diǎn)剛度。塑性失效時(shí)，支管與主管的寬度比β的限值為：β≤0.85。因此，本文中β的取值范圍定為0.4≤β≤0.85。為了保證影響參數(shù)處于單一變化狀態(tài)，本文采用固定參數(shù)γ和τ（τ為支管與主管的厚度比），僅參考文獻(xiàn)：變化β值的分析方法。節(jié)點(diǎn)的荷載-位移計(jì)算結(jié)果如圖1所示。[1]趙熙元,陳東偉,謝國昂著.鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京:中國建筑如圖1所示，曲線橫坐標(biāo)為節(jié)點(diǎn)處的位移，曲線縱坐標(biāo)為支管工業(yè)出版社,2011(11).所施加的軸向力。圖中曲線表示在相同的γ和τ值下，