圓管—圓管混凝土T型焊接節(jié)點(diǎn)熱點(diǎn)應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度研究.pdf

1、因優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能和柔和明快的外觀，圓管結(jié)構(gòu)已在國內(nèi)外的土木、建筑、海洋、機(jī)械等結(jié)構(gòu)中得到普遍應(yīng)用。在圓管桁架的主管里填充混凝土又是一種新型的鋼—混組合結(jié)構(gòu)，可顯著提高圓管桁架整體的承載能力，近年來我國已越來越多地應(yīng)用于大跨度桁式拱橋，至今最大的跨度為460米的巫峽長江公路大橋。有關(guān)鋼管混凝土焊接節(jié)點(diǎn)疲勞性能，目前還缺乏了解和研究，但是鋼管混凝土桁式拱橋日益增長的應(yīng)用已表明節(jié)點(diǎn)疲勞性能研究的需要。本文所研究的內(nèi)容是國家自然科學(xué)基金課題的一

2、部分，針對(duì)圓管-圓管混凝土T型節(jié)點(diǎn)的疲勞性能展開深入的研究。 本文首先對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)的發(fā)展、鋼管焊接節(jié)點(diǎn)與鋼管混凝土焊接節(jié)點(diǎn)疲勞強(qiáng)度的研究進(jìn)展進(jìn)行了總結(jié)，介紹了疲勞問題的基本概念和常用鋼管焊接節(jié)點(diǎn)疲勞設(shè)計(jì)的方法，并對(duì)本文采用的熱點(diǎn)應(yīng)力法的諸多方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。 利用熱點(diǎn)應(yīng)力法分析節(jié)點(diǎn)的疲勞性能，首先要了解節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布特性。為此，本文設(shè)計(jì)了一批包含各種典型幾何參數(shù)和混凝土標(biāo)號(hào)的鋼管混凝土T型節(jié)點(diǎn)試件，對(duì)圓管支管—圓管混凝

3、土主管焊接節(jié)點(diǎn)分別在支管軸力和平面彎矩作用下的熱點(diǎn)應(yīng)力及其應(yīng)力集中系數(shù)SCF進(jìn)行了試驗(yàn)研究。內(nèi)容包括加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、節(jié)點(diǎn)區(qū)局部應(yīng)力梯度的精確測(cè)量、試驗(yàn)結(jié)果的分析、應(yīng)變外推方法的比較等，為后續(xù)大規(guī)模的有限元分析的可靠性提供了依據(jù)。 本文采用實(shí)體單元對(duì)14個(gè)完成試驗(yàn)的試件進(jìn)行了有限元計(jì)算，對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果，從單元的類型、精度、網(wǎng)格劃分、建模參數(shù)、接觸因子、外推方法等多方面檢驗(yàn)了有限元計(jì)算鋼管混凝土焊接節(jié)點(diǎn)的有效性，并且應(yīng)用有限元分析了熱

4、點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)SCF和熱點(diǎn)應(yīng)變集中系數(shù)SNCF之間的關(guān)系。 本文對(duì)國外已有的空鋼管SCF計(jì)算公式進(jìn)行了剖析，揭示了各個(gè)參數(shù)對(duì)于節(jié)點(diǎn)SCF的影響效應(yīng)，確定了鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)參數(shù)分析需重點(diǎn)考慮的參數(shù)。進(jìn)行了有限元參數(shù)分析，掌握了各幾何參數(shù)變化對(duì)SCF的影響規(guī)律。本文推導(dǎo)了等效鋼管壁厚計(jì)算公式，提出了依據(jù)等效壁厚、利用空鋼管SCF公式來計(jì)算鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)SCF的方法，并且利用有限元數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)此方法進(jìn)行了驗(yàn)證。 本文對(duì)11個(gè)

5、焊接節(jié)點(diǎn)(1個(gè)空鋼管焊接節(jié)點(diǎn)，10個(gè)鋼管混凝土焊接節(jié)點(diǎn))進(jìn)行了軸拉力作用下的疲勞試驗(yàn)。為了了解節(jié)點(diǎn)相貫焊縫處的焊縫缺陷是否對(duì)節(jié)點(diǎn)的疲勞性能產(chǎn)生重要影響，在試驗(yàn)之前，對(duì)進(jìn)行疲勞試驗(yàn)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了無損檢測(cè)。節(jié)點(diǎn)疲勞試驗(yàn)時(shí)，對(duì)疲勞裂紋的萌生位置、擴(kuò)展路徑、最后斷裂作了全過程監(jiān)測(cè)。 對(duì)疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，提出了適用于圓鋼管混凝土T型焊接節(jié)點(diǎn)的S-N疲勞強(qiáng)度曲線和疲勞設(shè)計(jì)方法，并與CIDECT、AWS、API、DNV等規(guī)程的S-N曲線