负偏心对钢管-插板K型节点承载力的影响

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摘 要：对主管规格为219 mm×6 mm有负偏心作用的1/4加肋钢管插板连接的极限承载力进行了试验研究，根据试验结果提出了等效受力模型，在此基础上研究了有负偏心的1/4（1/2）和全环形加强板钢管插板连接的K型节点的主管轴力、主管管壁弯矩和剪力三者之间的相互关系，并利用有限元软件分析了各参数对节点极限承载力的影响，在此基础上提出了此类节点的建议公式并与试验结果进行了比较。结果表明：建议公式表面看是反映两两之间的相互关系，实际上是反映了主管轴力、主管管壁弯矩和剪力三者之间的关系，建议公式能较好的估算节点承载力的上限值。

关键词：负偏心；极限承载力；插板连接；等效受力模型

中图分类号：TU3121 文献标志码：A

文章编号：1674-4764（2012）04-0091-07

Effects of Eccentricity on the Ultimate Strength of K-joint with Tube-gusset Plate Connections

WANG Weijia, LIU Hongjun, LI Zhengliang

（College of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, P.R.China)

Abstract:The behavior and strength of tube-gusset connections with tube 219×6 and 1/4 annular ribbed plate subjected to eccentric force is investigated. Non-dimensionalized ultimate strength interaction relations between the wall moment of tube ,vertical axial force ,and eccentric vertical component force of axial brace force of tube-gusset connections with 1/4(1/2) and annular ribbed plate subjected to eccentric force is researched based on the model of equivalent forces of tubular joint. The parameters which influence the ultimate strength of tube-gusset joint were analyzed and non-dimensionalized ultimate strength interaction-relationships were proposed. It is shown that the proposal formula has theoretical and practical significance for design because of comparation with experimentation.

Key words:eccentricity；ultimate strength；tube-gusset connections; the model of equivalent force



钢管塔构造中斜材轴心线交于主材轴心线造成节点板尺寸很大，节点连接负偏心可以减小节点板尺寸，减小迎风面积。然而，在目前的设计中［1-8］，由于其复杂的受力形式，插板连接的极限承载力建议公式仅适用于有限的情况。许多学者提出的建议公式都是针对无偏心的情况。Kurobane［9］通过试验研究了在轴力和弯矩作用下T型和X型节点的极限承载力；Wardenier、Packer等［10-12］针对单插板和双插板连接提出了建议公式； Ariyoshi等［13］确立了圆钢管与插板连接在简单荷载作用下的试验结果和数值分析结果的数据库。但他们都没有考虑主管和支管上荷载的联合作用效应以及偏心对极限承载力的影响。

Kim等［14-16］对无环形加强板情况下偏心对极限承载力的影响进行了初步研究。由于K型节点受力的复杂性，尤其是钢管插板连接的K型节点受力更加复杂，所以关于K型节点的极限承载力公式很少。为进一步研究负偏心对K型节点承载力的影响，笔者通过试验及有限元软件对负偏心钢管塔节点承载力进行了研究，提出了计算此类节点的建议公式。

1 试验研究

1.1 试验试件及加载装置

试验研究4种不同插板连接的节点，主要考察偏心距对主管极限承载力的影响和局部应力集中现象。各试件参数见表1。为了防止节点板发生破坏，节点板的厚度都比较大。试验主要研究不同参数情况下节点的破坏类型并比较偏心距对主管承载力的影响。插板连接构造如图1所示，加载装置如图2所示，环板的形式如图3所示。

1.2 加载方案

试验加载为单向加载。主管与支管同步加载，1#千斤顶（拉）和3#千斤顶（压）分别与支管相连，2#千斤顶与主管相连，见图2。支管荷载先以每级荷载增量为25 kN逐级加载至250 kN，而主管荷载以每级荷载增量为40 kN逐级加载至400 kN；后支管以每级荷载增量为10 kN逐级加载至350 kN，而主管荷载以每级荷载增量为20 kN逐级加载至

600 kN；最后支管以每级荷载增量为5 kN逐级加载至支管受压承载力而停止加载，而主管荷载以每级荷载增量为5 kN逐级加载至构件破坏。此时主管的荷载即为主管的极限承载力，每级加载停顿1 min后继续加载。

1.3 试验结果

试验结果表明：构件发生整体失稳先于局部屈曲。主要原因在于主管长径比较大，属于压弯构件，整体很容易失稳。由于主管长径比较大，因此整体失稳起主要控制作用，负偏心加速了整体失稳，降低了主管的承载能力。因此负偏心对整体失稳不利。表2为不同支管荷载作用下的主管承载力。