方鋼管環(huán)口包角加強節(jié)點的靜動力性能與理論模型研究

鋼管結(jié)構(gòu)中，因焊接節(jié)點強度或剛度不足而需局部加強的問題普遍存在，但當前對鋼管加強節(jié)點的理論研究和規(guī)范條文尚不完善，加強節(jié)點的工程應用缺乏指導依據(jù)。本研究提出了一種新型環(huán)口包角加強鋼管節(jié)點，可同時加強主管的翼緣和腹板，具有拉壓均衡、強度與延性俱佳、施工方便等優(yōu)點。采用試驗、數(shù)值計算和理論分析等方法，對環(huán)口包角、覆板及插板加強節(jié)點的靜動力承載機理、破壞形態(tài)、耗能機制、理論模型等方面進行研究。首先，對方鋼管加強節(jié)點的靜力承載機理及與破壞形態(tài)進行研究，實測了加強節(jié)點在軸力、彎矩作用下的受力性能和破壞模式，并結(jié)合精細的有限元參數(shù)分析明確了節(jié)點幾何參數(shù)及加強板構(gòu)造參數(shù)對節(jié)點靜力承載性能的影響規(guī)律，得到了影響加強節(jié)點靜動力性能的關(guān)鍵參數(shù)，揭示了環(huán)口包角、覆板及插板加強方鋼管節(jié)點的靜力承載機理。其次，通過試驗研究了加強節(jié)點受軸向往復、平面內(nèi)彎曲往復作用下的全過程滯回性能，并探討了影響節(jié)點抗震性能的關(guān)鍵參數(shù)，揭示了加強板與主管協(xié)同耗能的機制。最后，基于塑性鉸線理論和板殼理論，建立了考慮加強板與主管共同作用的加強節(jié)點承載力理論模型和剛度模型，提出了方鋼管加強節(jié)點的設(shè)計方法。研究結(jié)果表明，不同的加強板構(gòu)造對節(jié)點的加強機理差異較大，環(huán)口包角和插板加強節(jié)點的承載力與延性均較好，覆板加強節(jié)點的承載力高但延性較差；影響加強節(jié)點受力性能的關(guān)鍵參數(shù)是支管主管寬度比和加強板厚度；考慮加強板屈服及其與主管相互作用的力學模型，可準確計算加強節(jié)點的承載力。本研究解決了加強板與主管間的荷載傳遞、剛度匹配、相互作用等關(guān)鍵問題，研究方法及成果具有較好的科學意義，提出的力學模型為新建或已有方鋼管結(jié)構(gòu)的節(jié)點加強提供了理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

隨著近年來鋼管結(jié)構(gòu)的大量應用，焊接節(jié)點因強度或剛度不足而需局部加強的問題凸顯，但當前關(guān)于方鋼管加強節(jié)點的理論研究和規(guī)范條文尚不完善，給加強節(jié)點的工程應用埋下隱患。與墊板加強相比，新型環(huán)口包角節(jié)點能同時加強主管的翼緣和腹板，具有拉壓均衡、強度與延性俱佳、施工方便等優(yōu)點?；谠囼灪蛿?shù)值計算，明確節(jié)點幾何參數(shù)及環(huán)口包角板構(gòu)造參數(shù)對加強節(jié)點靜力性能的影響規(guī)律，探求環(huán)口包角板與主管間的荷載傳遞及相互約束機制，揭示環(huán)口包角加強節(jié)點的靜力承載機理；基于塑性鉸線和板殼理論分析，建立考慮板-管共同作用的節(jié)點承載力理論模型；通過往復荷載下環(huán)口包角板與主管間的接觸-分離全過程分析，揭示環(huán)口包角板與主管的協(xié)同耗能機制，建立考慮損傷和共同作用的節(jié)點恢復力曲線模型。通過本項目的研究，可望建立方鋼管環(huán)口包角加強節(jié)點的靜動力理論模型，提出環(huán)口包角加強方鋼管節(jié)點的設(shè)計方法，為新建或已有方鋼管節(jié)點的加強提供理論依據(jù)。

摩擦力的大小與羅拉的直徑成正比。如果兩根羅拉的直徑相差一倍，那么，同樣包角情況下，紗線的接觸面積也相差一倍。也就是說，對于小直徑羅拉（例如周長為25cm）如果包角為90度，那么對于大直徑羅拉（例如周長為50cm），如果要維持相同的摩擦力，那么包角就只要45度就夠了。如果此種情況下，仍然維持與小直徑羅拉相同的包角大小，那么會使得紗線在羅拉表面的張力增加一倍。

結(jié)論：

1、對于GE210，相對GE209等小羅拉機器比較，伺服羅拉上紗線的包角應該調(diào)整得相對小一些，否則會引起過大的摩擦力，從而影響紗線的張力過大。

2、相同包角情況下，由于大直徑羅拉具有更大的張力，所以伺服羅拉與紗線之間的打滑影響小，從而保證了更加精確的拷貝效果。

3、紗線實際張力的大小，不僅取決于速度差（反映在GE210上是硬度參數(shù)），而且與紗線的包角大小有關(guān)。

4、合適的包角大小取決于紗線的品種，以工藝對紗線的張力要求為準進行調(diào)整。 2100433B