[发明专利]基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法

说明书

本发明公开一种基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法，考虑钢管节点各主要刚度，包括主管径向刚度K₁、支管轴向刚度K₂、支管抗弯刚度K₃、主管抗弯刚度K₄、主管轴向刚度K₅和相贯焊缝沿支管轴向刚度K₆对钢管应力集中系数的影响及其相互耦合作用，并参照钢管节点各主要刚度比值对钢管节点应力集中系数的贡献度，引入各主要刚度比值对钢管节点应力集中系数的重要系数，进而得到基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法。本发明综合考虑影响钢管节点应力集中系数的当前所有基本参数和基本参数间的相互耦合作用，因而能够更全面地反映和评价钢管节点的应力集中程度。

技术领域

本发明涉及钢管节点设计技术领域，特别是一种基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法。

背景技术

钢管节点具有外观简洁、传力路径明确、截面封闭易于抗腐、风阻系数较小等优点，因而广泛应用在大跨桥梁、建筑等领域。但是，由于钢管节点主、支管间的连接是一条曲率不断变化的空间曲线状相贯焊缝，因而容易在钢管节点某一区域产生应力集中，而应力集中程度的大小不仅会削弱钢管节点承载能力，而且会缩短其疲劳寿命。

当前针对钢管节点应力集中系数的计算方法，主要是基于单一参数—支管直径与主管直径之比β、主管直径与主管壁厚之比γ、支管壁厚与主管壁厚之比τ和主管与支管间夹角θ分析得到，忽略了上述不同参数对钢管节点应力集中系数的耦合影响，即变化其中一个参数会造成其它参数的变化。譬如，采用支管直径与主管直径之比β进行计算时，会造成主管直径与主管壁厚之比γ发生变化。因此，当前采用单一参数分析得到的钢管节点应力集中系数方法，无法全面把握钢管节点应力集中程度，甚至可能出现悖于设计人员对钢管节点应力集中程度的期望。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提出一种基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法，兼顾考虑当前影响钢管节点应力集中系数的所有几何参数，消除当前钢管节点应力集中系数计算方法无法考虑各参数间的耦合作用，整体把握钢管节点的应力集中程度。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法，考虑钢管节点各主要刚度，包括主管径向刚度K₁、支管轴向刚度K₂、支管抗弯刚度K₃、主管抗弯刚度K₄、主管轴向刚度K₅和相贯焊缝沿支管轴向刚度K₆对钢管应力集中系数的影响及其相互耦合作用，钢管节点应力集中系数表达式如下：

其中，SCF为钢管节点应力集中系数；m₁为支管轴向刚度K₂与主管径向刚度K₁之比对钢管节点应力集中系数的贡献度；m₂为主管抗弯刚度K₄与支管抗弯刚度K₃之比对钢管节点应力集中系数的贡献度；m₃为相贯焊缝沿支管轴向刚度K₆与主管轴向刚度K₅之比对钢管节点应力集中系数的贡献度。

进一步地，主管径向刚度K₁、支管轴向刚度K₂、支管抗弯刚度K₃、主管抗弯刚度K₄、主管轴向刚度K₅和相贯焊缝沿支管轴向刚度K₆对钢管应力集中系数的影响采用下式确定：