空间KT型圆管搭接节点静力性能研究(Ⅰ)——试验、数值模拟及参数分析

以上海旗忠网球中心为工程背景,对平面内外均搭接的空间KT型圆管节点(空间KT-Ov型节点)的静力性能进行静力单调加载的试验研究和有限元非线性分析。介绍节点试验方案,分析搭接节点的受力性能,并以试验结果为依据,建立满足精度要求并通过试验校准的空间KT-Ov型节点数值分析模型;在此基础上进行几何无量纲参数和荷载参数的非线性有限元分析,考查无量纲参数对节点极限承载力的影响。结果表明,由于空间节点单T平面内腹杆的存在,用平面K型节点承载力公式来预测空间KT-Ov型节点承载力是不合适的,将有较大误差。参数分析表明,ζt对空间KT-Ov型节点承载力是有影响的;腹杆轴力比n TK对节点极限承载力的影响是独立的,不受节点几何参数变化的影响;|n TK|≤0.2时,进行节点承载力分析可忽略单T平面内腹杆所受轴力影响;无论单T平面内腹杆受压还是受拉,均会导致节点极限承载力的降低,在单T平面内腹杆不受力(即n TK=0)时,空间KT-Ov型节点极限承载力有最大值。

空间KT型圆管搭接节点静力性能研究Ⅱ——承载力回归公式

在有限元模拟和参数分析的基础上,分别定义了空间调整系数和腹杆轴力比影响系数来考虑空间参数和各腹杆轴力相对变化对平面内外均搭接的空间KT型圆管相贯节点(空间KT-Ov型节点)极限承载力的影响,并进行了回归和校验,证明两个系数函数关系式均正确反映几何参数和荷载参数变化的影响,从而得到一个形式较为简单的空间KT-Ov型节点极限承载力计算公式;在此基础上,进一步提出承载力设计值建议公式Ⅰ和建议公式Ⅱ,经与试验数据和有限元数据的比较和统计分析,表明所提出的两个建议公式均具有较高精度和稳定性,可以较为安全可靠地用于空间KT-Ov型圆管节点的承载力设计。

考虑真实焊缝的空间KT型圆管承载力分析

空间KT型圆管节点是由三根支管相贯于同一根主管表面而构成的空间结构,在相贯区域通过焊接直接形成。但通常对空间KT节点受力性能分析时,所建立的有限元模型很少涉及到焊缝几何的建立,忽略了细小焊缝形体对整体结构承载性能的影响,可能使分析结果存在误差。为此,通过UG二次开发对模型相贯区域进行B样条曲面模拟渐变焊缝形体,焊剂充分溶入钢管母材,两者分别赋予材料属性,对模拟了真实焊缝几何和未考虑焊缝的空间KT节点进行极限承载力对比分析,基于空间KT节点极限承载力经验公式进行模型验证,研究细小焊缝形体对节点极限承载力的影响。结果表明:仿真结果均低于经验公式计算值,但模拟了真实焊缝几何后的模型仿真结果与经验公式结果更为吻合,偏差仅3.125%,未考虑焊缝的模型仿真结果偏小,可能会低估节点的承载力,利用该焊缝建模技术建立的空间KT节点能更逼近实际焊接结构,可准确预判出该模型的极限承载力。