复杂钢结构相贯节点承载力试验研究

1、主要内容KK-Ov型节点(面内面外均搭接)KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)KK-OPOvKK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的承载力的有限元分析有限元分析空间KK型搭接节点概述12341.1.空间空间KKKK型搭接节点概述型搭接节点概述1.11.1空间空间KKKK型节点形式型节点形式1.2 KK1.2 KK型圆钢管节点承载力研究中无量纲几型圆钢管节点承载力研究中无量纲几 何参数何参数1.3 1.3 空间空间KKKK型节点的破坏模式型节点的破坏模式结构质量讲评暨技术交流会1.1.空间空间KKKK型搭接节点概述型搭接节点概述 1.1空间空间KK

2、KK型节点形式型节点形式根据节点腹杆搭接情况的不同，空间KK型搭接节点可分为4种: K性平面内外腹杆均不搭接(简称KK-GAP)； K型平面内不搭接平面外搭接(简称KK-OPOv)； K型平面内搭接平面外不搭接(简称KK-IPOv)； K型平面内平面外均搭接(简称KK-Ov)编号编号节点腹杆搭接情况节点腹杆搭接情况简称简称aK型平面内平面外腹杆均不搭接KK-GAPbK型平面内不搭接平面外搭接KK-OPOvcK型平面内搭接平面外不搭接型平面内搭接平面外不搭接KK-IPOvdK型平面内平面外腹杆均搭接型平面内平面外腹杆均搭接KK-Ov(a) KK-Gap(b) KK-OPOv (c) KK-IPO

3、v(d) KK-Ov注：其中注：其中K K型平面是指组成空间型平面是指组成空间KKKK型节点的单型节点的单K K平面平面1.1.空间空间KKKK型搭接节点概述型搭接节点概述 1.2 KK1.2 KK型圆钢管节点承载力型圆钢管节点承载力研究中无量纲几何参数研究中无量纲几何参数影响空间KK型圆钢管节点极限承载力的几何参数主要有弦杆外径D，弦杆壁厚T，腹杆外径di，腹杆壁厚ti，腹杆沿弦杆轴向间距gl，腹杆横向间距gt，平面内腹杆与弦杆间夹角i，两个单K平面之间的夹角，不同单K平面的两根腹杆之间的夹角由i，弦杆长度L编号编号无量纲几何参数无量纲几何参数代号或公式代号或公式1腹杆、弦杆直径比=di/D

4、2弦杆径厚比=D/(2T)3腹杆、弦杆壁厚比=ti/T4腹杆轴向间距与弦杆壁厚比l=gl/T5腹杆横向间距与弦杆直径比t=gt/D6腹杆轴向间距与弦杆直径比d=gl/D空间空间KKKK型节点几何参数示意图型节点几何参数示意图几何无量纲参数表几何无量纲参数表1.1.空间空间KKKK型搭接节点概述型搭接节点概述 1.31.3空间空间KKKK型节点的破坏模式型节点的破坏模式空间KK型节点的破坏模式共有5种编号编号破坏模式破坏模式简称简称1弦杆管壁塑性破坏且两受压腹杆之间的弦杆管壁无局部变形CLD12弦杆管壁塑性破坏且两受压腹杆之间的弦杆管壁变形显著CLD23腹杆局部屈曲破坏BLB4腹杆轴向屈曲破坏B

5、Y5受拉腹杆与弦杆相贯处的焊缝拉断或开裂BC或CC2. KK-OPOv2. KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析结构质量讲评暨技术交流会2.1 2.1 分析节点几何参数分析节点几何参数2.22.2节点承载力有限元分析节点承载力有限元分析2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管节点试验研究型圆管节点试验研究2.42.4节点极限承载力与公式比较节点极限承载力与公式比较2.52.5节点承载力与杆件承载力的关系节点承载力与杆件承载力的关系2.62.6节点延性分析节点延性分析2.72.7节点承载力储备节点承载力储备2

6、.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.1 2.1 分析节点几何参数分析节点几何参数节点参数选用原则节点参数选用原则面外有较大搭接，便于研究面外搭接对节点承载力的影响；面外有较大搭接，便于研究面外搭接对节点承载力的影响；面内间隙适中，都比较适中，相应的管径尺寸为工程常用。面内间隙适中，都比较适中，相应的管径尺寸为工程常用。搭接节点参数搭接节点参数D=325mmD=325mm、T=10mmT=10mm、d=194mmd=194mm，t=8mmt=8mm、，无偏心、，无偏心不贯通插板尺寸：不贯通插板尺寸

7、：长长600mm600mm，高，高100mm100mm，厚，厚10mm10mm贯通插板尺寸：贯通插板尺寸：长长600mm600mm，高，高425mm425mm，厚，厚10mm10mm2.22.2节点承载力有限元分析节点承载力有限元分析1.1.节点破坏模式节点破坏模式空间空间KK-OPOvKK-OPOv型节点的破坏模式为弦杆管壁塑性型节点的破坏模式为弦杆管壁塑性破坏且两受压腹杆之间的弦杆管壁无局部变形破坏且两受压腹杆之间的弦杆管壁无局部变形(CLD1)(CLD1)，如图所示。，如图所示。2.2.节点承载力的有限元分析节点承载力的有限元分析节点承载力取为荷载位移曲线的第一峰值荷载和节点承载力取为荷

8、载位移曲线的第一峰值荷载和3%D3%D对应荷载的较小值。对应荷载的较小值。对节点隐蔽焊缝焊接、隐蔽焊缝不焊接、设置纵对节点隐蔽焊缝焊接、隐蔽焊缝不焊接、设置纵向不贯通插板和贯通插板等四种情况的节点进行向不贯通插板和贯通插板等四种情况的节点进行有限元分析，得到的结果如图有限元分析，得到的结果如图2.22.2和表和表2.12.1所示。所示。图图2.1 2.1 CLD1CLD1破坏模式破坏模式2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.22.2节点承载力有限元分析节点承载力有限元分析2.2.节点承载力的有限

9、元分析节点承载力的有限元分析图图 2.2 2.2 有限元分析有限元分析KK-OPOvKK-OPOv节点腹杆节点腹杆 荷载荷载- -位移曲线图位移曲线图构造类型构造类型节点承载力节点承载力(kN)承载力提升承载力提升加载方式加载方式隐蔽焊缝焊接(w)906正对称隐蔽焊缝不焊(n)898-0.9%设置纵向不贯通插板(c)103914.7%设置纵向贯通插板(tc)128541.8%从表从表2.12.1和图和图2.22.2可以看出：可以看出：（1 1）隐蔽焊缝的焊接与否对节点最终承载力影响很小；）隐蔽焊缝的焊接与否对节点最终承载力影响很小；（2 2）纵向插板对提高节点承载力有显著作用，特别是贯）纵向插

10、板对提高节点承载力有显著作用，特别是贯通弦杆的纵向插板。通弦杆的纵向插板。2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.22.2节点承载力有限元分析节点承载力有限元分析3.3.该类节点承载力定性分析该类节点承载力定性分析该类节点的破坏模式该类节点的破坏模式(CLD1)(CLD1)导致了以上结果。该类节点的薄弱区域为腹杆间导致了以上结果。该类节点的薄弱区域为腹杆间隙间的弦杆，间隙间上弦杆面的局部抗剪能力不足，致使上弦杆面变形快速隙间的弦杆，间隙间上弦杆面的局部抗剪能力不足，致使上弦杆面变形快速发展直至节点

11、破坏，纵向插板的设置为上弦杆面增加了额外的抗剪能力，而发展直至节点破坏，纵向插板的设置为上弦杆面增加了额外的抗剪能力，而贯通弦杆的插板又能起到增强弦杆的整体性的作用，使弦杆的整体抗剪能力贯通弦杆的插板又能起到增强弦杆的整体性的作用，使弦杆的整体抗剪能力得以发挥，故纵向插板的作用才能如此显著。得以发挥，故纵向插板的作用才能如此显著。而隐蔽焊缝处因不是节点最薄弱区域，故即使不焊接，对节点承载力的削弱而隐蔽焊缝处因不是节点最薄弱区域，故即使不焊接，对节点承载力的削弱也是有限的。也是有限的。2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分

12、析承载力的有限元分析 2.22.2节点承载力有限元分析节点承载力有限元分析4.4.插板节点承载力影响的定量分析插板节点承载力影响的定量分析1)1)不贯通插板的节点承载力及插板作用原理不贯通插板的节点承载力及插板作用原理ABCD(a)(a)有限元计算结果有限元计算结果( (不贯通不贯通) )(b)(b)插板力学简化模型插板力学简化模型图图2.3 2.3 有限元云图与力学简化模型有限元云图与力学简化模型纵向不贯通插纵向不贯通插板厚度板厚度(mm) (mm) 节点承载力节点承载力(t)(t)厚度增加厚度增加比例比例承载力提升承载力提升10103.91610960%4.9%20111100%6.8%表

13、2.2不贯通纵向插板厚度影响从表从表2.32.3表可以看出，在插板贯通弦杆的情况下，随着插板厚度的增加，节点承载力几表可以看出，在插板贯通弦杆的情况下，随着插板厚度的增加，节点承载力几乎不变。乎不变。2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.22.2节点承载力有限元分析节点承载力有限元分析4.4.插板节点承载力影响的定量分析插板节点承载力影响的定量分析2)2)贯通插板节点承载力及插板作用原理贯通插板节点承载力及插板作用原理纵向不贯通插纵向不贯通插板厚度板厚度(mm) (mm) 节点承载力节点承载力(

14、t)(t)厚度增加厚度增加比例比例承载力提升承载力提升10128.516129.560%0.8%20129.6100%0.8%表2.3贯通纵向插板厚度影响从表从表2.32.3表可以看出，在插板贯通弦杆的情况下，随着插板厚度的增加，节点承载力几乎不变。表可以看出，在插板贯通弦杆的情况下，随着插板厚度的增加，节点承载力几乎不变。插板贯通使得节点域内的弦杆整体性大大增强，由弦杆和插板共同组成一个大型的桁架，大大插板贯通使得节点域内的弦杆整体性大大增强，由弦杆和插板共同组成一个大型的桁架，大大增强了节点域的承载力。此时将可能发生弦杆截面的强度破坏，即杆件破坏，节点效率大于增强了节点域的承载力。此时将可

15、能发生弦杆截面的强度破坏，即杆件破坏，节点效率大于1 1。(a)(a)节点域应力分布节点域应力分布( (贯通贯通) )(b)(b)插板应力分布插板应力分布图图 2.4 2.4 节点域应力分布与贯通插板应力分布节点域应力分布与贯通插板应力分布2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.12.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数试验共设计试验共设计4 4个节点试件实施静力单调加载。个节点试件实施静力单调加

16、载。4 4个空间个空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管节点试件型圆管节点试件中，两个不加插板，区别在于隐蔽焊缝焊接与否；另外两个加纵向插板，其中中，两个不加插板，区别在于隐蔽焊缝焊接与否；另外两个加纵向插板，其中一个贯通弦杆，一个不贯通弦杆，见表一个贯通弦杆，一个不贯通弦杆，见表2.42.4、2.52.5。实际试件见图。实际试件见图2.52.5图图2.82.8。节点试件编号节点试件编号 隐蔽焊缝焊接与否隐蔽焊缝焊接与否插板设置方式插板设置方式示意图示意图OPOv-W焊接无图2.5OPOv-N不焊接无图2.6OPOv-ZC无不贯通弦杆纵向插板图2.7OPOv-ZTC无贯通弦杆纵向插板图2.8表

17、 2.4 节点试件编号2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.12.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数弦杆弦杆腹杆腹杆d dt t325x10194x845500.59716.50.80.157-0.2表 2.5节点几何参数材料：节点：Q345B；插板Q235B图图 2.5 OPOv-W( 2.5 OPOv-W(隐蔽焊缝焊接隐蔽焊缝焊接) )隐蔽隐蔽焊缝焊接焊接2.KK-OPOv2.KK-OPO

18、v节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.12.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数图图 2.5 OPOv-W( 2.5 OPOv-W(隐蔽焊缝焊接隐蔽焊缝焊接) )隐蔽隐蔽焊缝焊接焊接 图图 2.6 OPOv-N( 2.6 OPOv-N(隐蔽焊缝不焊接隐蔽焊缝不焊接) )内部隐蔽焊缝不焊接2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.

19、3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.12.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数图图 2.7 OPOv-ZC( 2.7 OPOv-ZC(设置纵向不贯通插板设置纵向不贯通插板) )图图 2.8 OPOv-ZTC( 2.8 OPOv-ZTC(设置纵向贯通插板设置纵向贯通插板) )纵向不贯通插板接内部隐蔽焊缝不焊接2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.12.

20、3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数-试件三向应变花布置试件三向应变花布置图图2.9 OPOv-W(N)2.9 OPOv-W(N)三向片布置图三向片布置图2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.12.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数-试件三向应变花布置试件三向应变花布置图图2.10 OPOv-ZC(ZTC)2.10 OPOv-ZC(ZTC)三向片布置图三向片布置图2.KK-OPO

21、v2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.2 OPOv-W2.3.2 OPOv-W节点破坏现象节点破坏现象图图2.11 OPOv-W2.11 OPOv-W破坏照片破坏照片弦杆塑性变弦杆塑性变形形焊缝开裂焊缝开裂最终破坏形态最终破坏形态弦杆管壁变形急剧加快，受拉腹杆与弦杆连接焊缝因变形而开裂并进一步将弦杆拉开撕裂，受弦杆管壁变形急剧加快，受拉腹杆与弦杆连接焊缝因变形而开裂并进一步将弦杆拉开撕裂，受压腹杆压入弦杆中，见图压腹杆压入弦

22、杆中，见图2.112.112.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.3 OPOv-N2.3.3 OPOv-N节点破坏现象节点破坏现象破坏现象与破坏现象与OPOv-WOPOv-W基本一致，见图基本一致，见图2.122.12图图2.12 OPOv-N2.12 OPOv-N破坏照片破坏照片2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析

23、 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.4 OPOv-ZC2.3.4 OPOv-ZC节点破坏现象节点破坏现象最终破坏形态：最终破坏形态：弦杆靠近受拉腹杆一侧管面凹陷而靠近受压腹杆一侧管面凸出椭圆化，插板发生剪切破坏，见弦杆靠近受拉腹杆一侧管面凹陷而靠近受压腹杆一侧管面凸出椭圆化，插板发生剪切破坏，见图图2.13.2.13.图图2.13 OPOv-ZC2.13 OPOv-ZC破坏照片破坏照片插板剪切屈曲插板剪切屈曲焊缝开裂焊缝开裂2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析

24、承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.5 OPOv-ZTC2.3.5 OPOv-ZTC节点破坏现象节点破坏现象腹杆只有少数测点进入屈服，节点内部区域弦杆腹杆均未见显著的变形，弦杆侧面管壁有腹杆只有少数测点进入屈服，节点内部区域弦杆腹杆均未见显著的变形，弦杆侧面管壁有较小的凹凸变形，固定端处弦杆塑性变形显著，发生弦杆的屈服破坏，节点区靠近固定端较小的凹凸变形，固定端处弦杆塑性变形显著，发生弦杆的屈服破坏，节点区靠近固定端一侧弦杆背面由于受压屈服而发生凹陷，见图一侧弦杆背面由于受压屈服而发生凹陷，见图2.14 2.14 。即

25、节点区强度高于弦杆。即节点区强度高于弦杆。图图2.14 OPOv-ZTC2.14 OPOv-ZTC破坏照片破坏照片弦杆背面凹陷弦杆固定端屈服2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 (1)(1)腹杆上测点应变几乎都没进入屈服，弦杆上测点大多都进入屈服，弦杆鞍点应变强度大于腹杆上测点应变几乎都没进入屈服，弦杆上测点大多都进入屈服，弦杆鞍点应变强度大于冠点；冠点；(2)(2)在同级荷载作用下，弦杆上在受拉腹杆一侧的测点应变先于受压腹杆一侧测点进入屈服；在同级荷载作用下，弦杆上在受拉腹杆一侧的测点应变先于受压

26、腹杆一侧测点进入屈服；(3)(3)隐蔽焊缝焊接或不焊接对于弦杆和腹杆上测点应变分布的影响很小；隐蔽焊缝焊接或不焊接对于弦杆和腹杆上测点应变分布的影响很小；(4)(4)加纵向不贯通插板节点，在节点区域大面积屈服后插板的存在会改变弦杆和腹杆的应变分加纵向不贯通插板节点，在节点区域大面积屈服后插板的存在会改变弦杆和腹杆的应变分布，主要是影响了鞍点和冠点处传力的分配布，主要是影响了鞍点和冠点处传力的分配(T17(T17与与T20T20，T22T22与与T24)T24)，在节点区域测点大面积，在节点区域测点大面积屈服后迅速变化并进入屈服；屈服后迅速变化并进入屈服；(5)(5)加纵向贯通插板的节点，改变了

27、腹杆的应变分布，对于鞍点和冠点处传力的分配有很大影加纵向贯通插板的节点，改变了腹杆的应变分布，对于鞍点和冠点处传力的分配有很大影响响(T17(T17与与T20T20，T22T22与与T24)T24)，贯通插板上测点应变在最大荷载作用下仍未进入屈服。，贯通插板上测点应变在最大荷载作用下仍未进入屈服。2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.62.3.6节点应变规律节点应变规律2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-

28、OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.72.3.7节点试验极限承载力节点试验极限承载力杆件承受轴力为主的相贯节点的静力承载性能主要有两种确定准则杆件承受轴力为主的相贯节点的静力承载性能主要有两种确定准则: : 1)1)腹杆轴力腹杆轴力- -相对弦杆变形曲线的极值点，称为极限强度准则；相对弦杆变形曲线的极值点，称为极限强度准则；2) 2) 腹杆相对弦杆的变形达到某一限值腹杆相对弦杆的变形达到某一限值(0.03D(0.03D，D D为弦杆直径为弦杆直径) )，称为极限变形准则，如图，称为极限变形准则，如图2.152.15所所示。节点的极限承载力取极限强度准则和极限变形准则二者中的较小

29、值示。节点的极限承载力取极限强度准则和极限变形准则二者中的较小值, ,试件极限承载力见表。试件极限承载力见表。表中相对值取为表中相对值取为( (节点承载力节点承载力-OPOv-W-OPOv-W节点承载力节点承载力)/ OPOv-W)/ OPOv-W节点承载力节点承载力100%100%。试验极限承载。试验极限承载力见表力见表2.62.6。2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.32.3空间空间KK-OPOvKK-OPOv型圆管型圆管节点试验研究节点试验研究2.3.72.3.7节点试验极限承载力节点试

30、验极限承载力极限承载力（）极限承载力（）图图2.14 OPOv-ZTC2.14 OPOv-ZTC破坏照片破坏照片表表2.62.6节点极限承载力对比节点极限承载力对比试件编号试件编号节点承载力节点承载力(kN)相对值相对值OPOv-W10960OPOv-N11404.0%OPOv-ZC134022.3%OPOv-ZTC148835.8%2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.42.4节点极限承载力与公式节点极限承载力与公式比较比较4 4个试验节点极限承载力、中国个试验节点极限承载力、中国GB5001

31、7-2003GB50017-2003规范值、欧洲规范值、欧洲Eurocode3Eurocode3规范值、孙建规范值、孙建东公式和陈福公式计算值对比见东公式和陈福公式计算值对比见2.72.7。表表2.72.7节点承载力与公式对比节点承载力与公式对比试件名称试件名称试验值试验值(kN)GB50017-2003Eurocode3孙建东公式孙建东公式陈福公式陈福公式(kN)比值(kN)比值(kN)比值(kN)比值OPOv-W10968010.737120.658130.74OPOv-N11408010.707120.628130.71OPOv-ZC13409510.71OPOv-ZTC14881123

32、0.75目前国内外诸多公式对于空间目前国内外诸多公式对于空间KKKK型节点承载力都是以单型节点承载力都是以单K K平面节点承载力乘以空间调整系数的平面节点承载力乘以空间调整系数的形式得到。形式得到。陈福公式计算带插板的节点承载力是以陈福公式计算带插板的节点承载力是以GB50017-2003GB50017-2003公式计算的空间公式计算的空间KK-OPOvKK-OPOv节点承载力乘节点承载力乘以插板加强调整系数得到，结果偏安全。以插板加强调整系数得到，结果偏安全。GB50017-2003GB50017-2003公式、公式、Eurocode3Eurocode3公式、孙建东公式公式、孙建东公式计算值

33、总体相差不大。计算值总体相差不大。2.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.52.5节点承载力与杆件承载节点承载力与杆件承载力的关系力的关系空间空间KK-OPOvKK-OPOv型节点破坏模式与平面型节点破坏模式与平面K K型间隙节点类似，主要发生弦杆表面的塑性破型间隙节点类似，主要发生弦杆表面的塑性破坏。节点破坏时腹杆一般未大面积屈服，但弦杆可能先于节点发生全截面屈服破坏。坏。节点破坏时腹杆一般未大面积屈服，但弦杆可能先于节点发生全截面屈服破坏。表表2.82.8给出了各试验节点的节点承载力与杆件承载

34、力之间的关系。其中杆件承载力给出了各试验节点的节点承载力与杆件承载力之间的关系。其中杆件承载力为腹杆全截面屈服对应荷载，节点效率为节点承载力为腹杆全截面屈服对应荷载，节点效率为节点承载力/ /杆件承载力。杆件承载力。表表2.82.8试件节点承载效率比较试件节点承载效率比较试件编号试件编号节点承载力节点承载力(kN)杆件承载力杆件承载力(kN)节点效率节点效率OPOv-W109616210.68OPOv-N114016210.70OPOv-ZC134016210.83OPOv-ZTC148816210.922.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接

35、) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 评价节点延性的一个重要指标是节点延性系数，即评价节点延性的一个重要指标是节点延性系数，即弦杆管壁极限变形弦杆管壁极限变形uu与管壁屈服与管壁屈服变形变形yy的比值的比值。延性系数越大，节点进入塑性后承受大变形的潜力越大，节点延性。延性系数越大，节点进入塑性后承受大变形的潜力越大，节点延性越好。目前越好。目前uu和和yy有多种定义方法，本文取节点达到极限承载力有多种定义方法，本文取节点达到极限承载力NuNu时对应的变形时对应的变形为极限变形；根据为极限变形；根据KurobaneKurobane准则确定屈服变形，即在腹杆轴力准则确定屈服变形，即在腹杆轴力

36、相对弦杆管壁变形相对弦杆管壁变形曲线中，作出斜率为曲线中，作出斜率为0.779KN(KN0.779KN(KN为节点初始刚度为节点初始刚度) )的直线，该直线与曲线的交点所对的直线，该直线与曲线的交点所对应的荷载和变形即为节点的屈服承载力应的荷载和变形即为节点的屈服承载力NyNy和屈服变形和屈服变形yy。表。表2.92.9列出了各节点的延列出了各节点的延性系数。从表中可看出，各节点延性系数均大于性系数。从表中可看出，各节点延性系数均大于3 3，具有较好的延性。，具有较好的延性。2.62.6节点延性分析节点延性分析表表2.9 2.9 节节点点延延性性系系数数试件编号试件编号受拉腹杆受拉腹杆受压腹杆

37、受压腹杆u/y平均值平均值yuu/yyuu/yOPOv-W0.153.9026.0-0.40-4.8712.219.1OPOv-N0.252.7511.0-0.50-3.476.99.0OPOv-ZC0.224.8121.9-0.13-3.0023.122.5OPOv-ZTC0.273.1211.6-0.21-1.225.88.72.KK-OPOv2.KK-OPOv节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 2.72.7节点承载力储备节点承载力储备Nu/NyNu/Ny反应了节点屈服后持续承载的能力，即节点承载力储备，从表反应了节点屈服后持续

38、承载的能力，即节点承载力储备，从表2.102.10中可以看出中可以看出各节点的承载力储备均较大。各节点的承载力储备均较大。表表2.10 2.10 节点承载力储备节点承载力储备试件编号试件编号受拉腹杆受拉腹杆受压腹杆受压腹杆Nu/Ny平均值平均值Ny(kN)Nu(kN)Nu/NyNy(kN)Nu(kN)Nu/NyOPOv-W53710962.0-600-10961.81.9OPOv-N67011401.7-776-11401.51.6OPOv-ZC58613402.3-803-13401.72.0OPOv-ZTC63514882.3-812-14881.82.12.KK-OPOv2.KK-OPO

39、v节点节点( (面内不搭接，面外搭接面内不搭接，面外搭接) )承载力的有限元分析承载力的有限元分析 3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭面内搭接，面外不搭接接) )3.13.1分析节点几何参数分析节点几何参数3.23.2节点承载力的有限元分析节点承载力的有限元分析3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管节点试验型圆管节点试验3.43.4节点极限承载力与公式比较节点极限承载力与公式比较3.53.5节点极限承载力与杆件承载力的关系节点极限承载力与杆件承载力的关系结构质量讲评暨技术交流会3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭

40、接面内搭接，面外不搭接) )3.13.1分析节点几何参数分析节点几何参数对于面外不搭接，面内搭接的空间对于面外不搭接，面内搭接的空间KKKK型节点破坏型节点破坏模式有模式有4 4种：种：CLD2+BLBCLD2+BLB；CLD1+BLBCLD1+BLB；BYBY；BLBBLB。主。主要破坏模式是要破坏模式是CLD2+BLBCLD2+BLB，见图，见图3.13.1。只有两受压。只有两受压腹杆之间的弦杆管壁变形较大，横向插板的设置腹杆之间的弦杆管壁变形较大，横向插板的设置才能取得效果。才能取得效果。节点参数：节点参数：D=325mmD=325mm、T=10mmT=10mm、d=168mmd=168

41、mm，t=8mmt=8mm、，、，, ,单单K K平面内偏心平面内偏心3cm3cm。插板。插板尺寸：长尺寸：长325mm325mm，高，高40mm40mm，厚，厚10mm10mm。图图3.1 CLD23.1 CLD2破坏模式破坏模式3.23.2节点承载力的有限元分析节点承载力的有限元分析图图 3.2 3.2 有限元计算节点腹杆荷载有限元计算节点腹杆荷载- -位移曲线位移曲线图图节点编节点编号号构造类型构造类型节点承载节点承载力力(kN)承载力提承载力提升升加载方式加载方式1隐蔽焊缝焊接(W)1281正对称(s)2隐蔽焊缝不焊(N)1230-4.0%正对称(s)3隐蔽焊缝不焊(N)1099-14

42、.2%反对称(a)4放置横向插板(HC)13334.1%正对称(s)表表3.13.1 有限元计算节点承载力有限元计算节点承载力3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.23.2节点承载力的有限元分析节点承载力的有限元分析节点有限元分析结论：节点有限元分析结论：1.1.在正对称荷载作用下，隐蔽焊缝不焊会使该节点的承载力略微下降；反对称荷载作用在正对称荷载作用下，隐蔽焊缝不焊会使该节点的承载力略微下降；反对称荷载作用下，则需进一步研究。下，则需进一步研究。2.2.横向节点板的构造对于承载力的提高很小，从图横向节点板的构造对于承载力的提高很小

43、，从图3.33.3可看出：可看出：图图 3.3 IPOv-HC 3.3 IPOv-HC节点有限元破坏形态节点有限元破坏形态(1)(1)在腹杆水平分力作用下，插板成为抗弯结构，受在腹杆水平分力作用下，插板成为抗弯结构，受力十分不利，变形严重。力十分不利，变形严重。(2)(2)弦杆的变形主要集中在靠近腹杆鞍点区域，设置弦杆的变形主要集中在靠近腹杆鞍点区域，设置插板处的弦杆面本身应力水平和变形相对较低，因插板处的弦杆面本身应力水平和变形相对较低，因此设置插板的效果也就有限。此设置插板的效果也就有限。3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.3

44、3.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验1. IPOv1. IPOv类节点试件共类节点试件共4 4个，除了采用不同的构造措施和加载方式，其余条件个，除了采用不同的构造措施和加载方式，其余条件( (钢管材料、钢管材料、几何参数等几何参数等) )均保证相同。节点所用材料均为均保证相同。节点所用材料均为Q345BQ345B钢材。节点试件编号见表钢材。节点试件编号见表3.23.2，节，节点点几何参数见表几何参数见表3.33.3，几何参数定义见图，几何参数定义见图1.21.2。其中横向插板几何参数：长其中横向插板几何参数：长355mm355mm，高，高212.5mm212.

45、5mm，厚，厚10mm10mm。试件照片见图试件照片见图3.43.43.73.7。3.3.13.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数节点试件编号节点试件编号隐蔽焊缝焊接与否隐蔽焊缝焊接与否插板设置方式插板设置方式加载方式加载方式示意图示意图IPOv-W焊接无正对称图 IPOv-N不焊接无正对称图 IPOv-HC无横向插板正对称图 IPOv-N-A不焊接无反对称图 表表3.13.1 有限元计算节点承载力有限元计算节点承载力3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试

46、验节点试验3.3.13.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数弦杆弦杆腹杆腹杆dtelet325x10168x862800.51716.250.8-0.1520.154-3cm0表表 3.3 3.3节点几何参数节点几何参数图图 3.4 3.4隐蔽焊缝焊接节点隐蔽焊缝焊接节点(IPOv-W)(IPOv-W)隐蔽焊缝焊接3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验3.3.13.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数图图 3.5 3.5隐蔽焊缝不焊节

47、点隐蔽焊缝不焊节点(IPOv-N)(IPOv-N)隐蔽焊缝不焊3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验3.3.13.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数图图 3.6 3.6加横向插板节点加横向插板节点(IPOv-HC)(IPOv-HC)横向插板3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验3.3.13.3.1节点试件及相关几何

48、参数节点试件及相关几何参数图图 3.7 3.7隐蔽焊缝不焊且反对称加载节点隐蔽焊缝不焊且反对称加载节点(IPOv-N-A)(IPOv-N-A)隐蔽焊缝不焊3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验3.3.13.3.1节点试件及相关几何参数节点试件及相关几何参数试件三向应变花设置试件三向应变花设置图图 3.8 IPOv-W(N 3.8 IPOv-W(N、N-A)N-A)三向片布置图三向片布置图图图 3.9 IPOV-HC 3.9 IPOV-HC三向片布置图三向片布置图

49、3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验3.3.2 IPOv-W3.3.2 IPOv-W节点节点图图 3.10 IPOv-W 3.10 IPOv-W破坏照片破坏照片(a)(a)节点全貌节点全貌(b)(b)焊缝断裂面焊缝断裂面(c)(c)焊缝开裂焊缝开裂腹杆2焊缝断裂弦杆变形不显著焊缝断裂面三集点处焊缝开裂腹杆4腹杆1最终破坏形态最终破坏形态受拉腹杆受拉腹杆2 2与弦杆及受压腹杆与弦杆及受压腹杆3 3之间的连接焊缝发生断裂之间的连接焊缝发生断裂( (图图3.10a3

50、.10a、b)b)，整个受拉腹杆，整个受拉腹杆2 2在焊缝处沿着焊喉面被拉断，弦杆有一定的凹凸变形，另一侧三集点处焊缝开裂，且在焊缝处沿着焊喉面被拉断，弦杆有一定的凹凸变形，另一侧三集点处焊缝开裂，且裂缝向受拉腹杆与弦杆之间的连接焊缝发展裂缝向受拉腹杆与弦杆之间的连接焊缝发展( (图图3.10c)3.10c)。3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验3.3.3 IPOv-N3.3.3 IPOv-N节点节点图图 3.11 IPOv-N 3.11 IPOv-N破坏照片

51、破坏照片(a)(a)节点全貌节点全貌(b)(b)焊缝断裂面焊缝断裂面(c)(c)弦杆变形弦杆变形最终破坏形态最终破坏形态受拉腹杆受拉腹杆1 1与受压腹杆及弦杆之间的连接焊缝发生开裂并进而引发整个受拉腹杆被拉断，与受压腹杆及弦杆之间的连接焊缝发生开裂并进而引发整个受拉腹杆被拉断，弦杆表面凹凸变形较明显，其余腹杆未见显著变形及焊缝开裂。弦杆表面凹凸变形较明显，其余腹杆未见显著变形及焊缝开裂。腹杆1断裂腹杆断裂面焊缝断裂面弦杆变形3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验

52、3.3.4 IPOv-HC3.3.4 IPOv-HC节点节点图图3.12 IPOv-HC3.12 IPOv-HC破坏照片破坏照片(a)(a)节点全貌节点全貌(b)(b)弦杆变形弦杆变形(c)(c)腹杆断裂面腹杆断裂面最终破坏形态最终破坏形态腹杆腹杆2 2在端部加劲处被拉断，发生杆件破坏，节点未破坏，弦杆有一定的凹凸变形，其在端部加劲处被拉断，发生杆件破坏，节点未破坏，弦杆有一定的凹凸变形，其余腹杆及插板变形不显著。余腹杆及插板变形不显著。腹杆2拉断弦杆变形腹杆2断裂面3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPO

53、vKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验3.3.5 IPOv-N-A3.3.5 IPOv-N-A节点节点图图3.12 IPOv-HC3.12 IPOv-HC破坏照片破坏照片(a)(a)弦杆侧面变形弦杆侧面变形 (b)(b)焊缝断裂焊缝断裂(c)(c)弦杆内表面变形弦杆内表面变形最终破坏形态最终破坏形态受拉腹杆受拉腹杆2 2在外侧三集点处焊缝开裂并引起整个连接焊缝的连续断裂在外侧三集点处焊缝开裂并引起整个连接焊缝的连续断裂( (图图3.13b)3.13b)，弦杆侧，弦杆侧面有一定的凹凸变形面有一定的凹凸变形( (图图3.13a)3.13a)，弦杆顶面有较明显的塑性变形，弦杆顶面有较明显的塑性

54、变形( (图图3.13c)3.13c)，其余腹杆，其余腹杆无显著变形。无显著变形。弦杆侧面变形腹杆2焊缝断裂弦 杆 顶 面 塑性变形3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.33.3空间空间KK-IPOvKK-IPOv型圆管型圆管节点试验节点试验3.3.63.3.6节点极限承载力节点极限承载力试验上述试验上述4 4个节点的极限承载力见表个节点的极限承载力见表3.43.4试件编号试件编号节点承载力节点承载力(kN)相对值相对值IPOv-N15510IPOv-W1393-10.2%IPOv-HC15993.1%IPOv-N-A1275-17

55、.8%表表 3.4 3.4 节点极限承载力对比节点极限承载力对比3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.43.4节点极限承载力与公式节点极限承载力与公式比较比较4 4个试验节点极限承载力、中国个试验节点极限承载力、中国GB50017-2003GB50017-2003规范值、欧洲规范值、欧洲Eurocode3Eurocode3规规范值、孙建东公式和李明公式计算值对比见表范值、孙建东公式和李明公式计算值对比见表3.53.5公式中用到的杆件截面几何尺寸、材料强度均采用试验实测值。表中比值为公式值公式中用到的杆件截面几何尺寸、材料强度均采用试

56、验实测值。表中比值为公式值/ /试验值。试验值。表表 3.5 3.5 试验节点极限承载力确定试验节点极限承载力确定试件名称试件名称试验值试验值(kN)GB50017-2003Eurocode3孙建东公式孙建东公式李明公式李明公式(kN)比值(kN)比值(kN)比值(kN)比值IPOv-W13938190.598020.5810230.7311940.86IPOv-N15518190.538020.5210150.6511830.76IPOv-HC15998190.518020.5110150.6311830.74IPOv-N-A12758190.648020.6410150.8011830.9

57、33.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.43.4节点极限承载力与公式节点极限承载力与公式比较比较由表由表3.53.5克制克制，目前国内外诸多公式对于空间，目前国内外诸多公式对于空间KKKK型节点承载力都是以单型节点承载力都是以单K K平面节点承载力乘以空间调整系数的形式得到。平面节点承载力乘以空间调整系数的形式得到。GB50017-2003GB50017-2003公式、公式、Eurocode3Eurocode3公式、孙建东公式以及李明公式计算值公式、孙建东公式以及李明公式计算值与实验值相比均偏保守，其中李明公式是以平面与实验值相比均

58、偏保守，其中李明公式是以平面K K型节点承载力乘以空型节点承载力乘以空间系数间系数0.90.9确定，其平面确定，其平面K K型搭接节点承载力计算是依据搭接节点的由腹型搭接节点承载力计算是依据搭接节点的由腹杆所决定的破坏模式，精度较高，所以此公式计算结果与试验相对最为杆所决定的破坏模式，精度较高，所以此公式计算结果与试验相对最为接近。孙建东公式的空间调整系数考虑了腹杆厚度的影响，所以得到的接近。孙建东公式的空间调整系数考虑了腹杆厚度的影响，所以得到的结果也较接近试验值。而其余结果也较接近试验值。而其余2 2个公式所对应的平面个公式所对应的平面K K型节点承载力公式型节点承载力公式均由平面均由平面

59、K K型间隙节点得到，所以精度较差，且更保守。型间隙节点得到，所以精度较差，且更保守。3.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.53.5节点极限承载力与杆件节点极限承载力与杆件承载力的关系承载力的关系搭接节点由于荷载可以通过拉压腹杆之间的相互搭接处传递，所以节点搭接节点由于荷载可以通过拉压腹杆之间的相互搭接处传递，所以节点承载力相对较高，节点效率也相对较高。承载力相对较高，节点效率也相对较高。表表3.63.6给出了各试验节点的节点承载力与杆件承载力之间的关系。给出了各试验节点的节点承载力与杆件承载力之间的关系。其中杆件承载力为腹杆全截面

60、屈服和弦杆全截面屈服对应腹杆轴力的较小值，节点效其中杆件承载力为腹杆全截面屈服和弦杆全截面屈服对应腹杆轴力的较小值，节点效率为节点承载力率为节点承载力/ /杆件承载力。杆件承载力。表表 3.6 3.6试件节点承载效率比较试件节点承载效率比较试件编号试件编号节点承载力节点承载力(kN)杆件承载力杆件承载力(kN)节点效率节点效率IPOv-W139316170.86IPOv-N155115980.97IPOv-HC159915981.00IPOv-N-A127515980.793.KK-IPOv3.KK-IPOv节点节点( (面内搭接，面外不搭接面内搭接，面外不搭接) )3.53.5节点极限承载力