K型管节点应力集中系数有限元数值分析

【摘要】： 随着国民经济的高速增长,人们对交通运输需求日益增加,我国大跨桥梁得到了快速发展。钢管结构以其较强的跨越能力、优异的抗震性能、施工方便等诸多优点,被广泛应用于各种大跨桥梁之中。由于管节点本身的应力集中与焊接缺陷的存在,其在车辆动荷载作用下很容易发生疲劳破坏,管节点的疲劳设计显得十分重要。热点应力法是目前管节点最为常用的疲劳设计方法,因此各国学者对其进行了大量的研究。通过对部分已有的研究成果进行总结发现：各国学者对方钢管、钢管混凝土节点的应力集中问题研究不足；对方、圆钢管节点应力集中程度的对比分析较少。 为了更深入准确的了解方、圆钢管K型节点的疲劳性能以及截面形式带来的应力集中程度的差异,本文采用有限元方法对节点应力集中系数进行分析。本文首先详细介绍了建模过程几何参数与单元的选择要点,指出了网格划分与加载需要注意的事项,可供参考。在模型可靠性得到验证的情况下,对空管K型方、圆钢管节点进行了应力集中系数参数分析同时对两者应力集中程度进行了对比研究,得到了节点疲劳性能随相关参数的变化规律。最后为了分析内填混凝土对方钢管节点的影响,用体单元对钢管与混凝土进行了模拟,得到了内混凝土对钢管应力集中系数的影响。分析结果表明,主管内填混凝土使支管应力集中系数减小了57%-75%,主管60%-77%,主管内填混凝土能显著减小钢管节点的应力集中程度,对提高节点疲劳承载力十分有利。