CN110390165B - 一种钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法，根据管内混凝土对钢管混凝土焊接相贯节点变形的约束作用，建立钢管混凝土焊接相贯节点与钢管焊接相贯节点间的应力集中系数相关关系；采用钢管混凝土焊接相贯节点主管截面变形量为基本参数，建立不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点的主管截面变形量间的相关关系；进而结合钢管焊接相贯节点应力集中系数计算方法得到钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法。本发明揭示了管内混凝土约束作用对钢管焊接相贯节点应力集中系数的缓解作用，因而能够更加系统地评价钢管混凝土焊接相贯节点应力集中程度。

Description

一种钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法
技术领域
本发明涉及钢管混凝土焊接相贯节点设计技术领域，特别是一种钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法。
背景技术
与钢管焊接相贯节点相比，钢管混凝土焊接相贯节点的管内混凝土不仅对主管起到径向支撑作用，而且参与受力，使得钢管混凝土焊接相贯节点的主管不会出现失稳或大面积径向凹凸变形，同时提高钢管焊接相贯节点的承载效率，因而非常适合于以受压为主的结构。但是，钢管混凝土焊接相贯节点同样存在与钢管焊接相贯节点相类似的问题-由于主、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，主管径向刚度同样远小于支管轴向刚度，容易出现应力集中，因而在车辆荷载、风荷载等活载作用下，节点疲劳问题突出。
国内外现有规范尚未明确给出钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法。现有钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法或是沿用钢管焊接相贯节点应力集中系数计算方法，或是以钢管混凝土焊接相贯节点为研究对象，单纯地进行钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数参数分析，并通过回归分析方法回归得到。前者忽略了管内混凝土的约束作用，后者则仅简单地分析钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算公式，未从本质上分析管内混凝土的约束作用。因此，均无法全面把握钢管混凝土焊接相贯节点应力集中程度，甚至可能出现悖于设计人员对钢管混凝土焊接相贯节点应力集中程度的期望。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法，能够更系统地评价钢管混凝土焊接相贯节点应力集中程度。
本发明采用以下方案实现：一种钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法，包括以下步骤：
步骤S1：令钢管混凝土焊接相贯节点主管截面为椭圆形变形，忽略管内混凝土对主管的粘结作用而引起的反向内凹变形，建立钢管混凝土焊接相贯节点与钢管焊接相贯节点间的应力集中系数相关关系；
步骤S2：采用钢管混凝土焊接相贯节点主管截面变形量为基本参数，建立不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点的主管截面变形量间的相关关系；
步骤S3：通过步骤S1和步骤S2得到不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点主管与管内混凝土剥离范围及其与管内混凝土对钢管焊接相贯节点应力集中系数缓解作用程度间的相关关系，进而结合钢管焊接相贯节点的应力集中系数得到钢管混凝土焊接相贯节点的应力集中系数。
进一步地，步骤S1中所述钢管混凝土焊接相贯节点与钢管焊接相贯节点间的应力集中系数相关关系为：
Figure GDA0002829530510000031
Figure GDA0002829530510000032
Figure GDA0002829530510000033
式中，D表示主管管径；c表示主管截面变形量；f表示主管管壁径向变形；φ表示主管与管内混凝土剥离范围；xt表示变形前、后主管截面相交点横坐标；SCFCFST表示钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数；SCFCHS表示钢管焊接相贯节点应力集中系数。
进一步地，所述不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点主管截面变形量是根据相关参数即支管壁与主管表面接触面积、主管壁厚截面抗拉刚度和主、支管轴线间的夹角间的相关关系进行确定；
Figure GDA0002829530510000034
Figure GDA0002829530510000035
K＝T
Figure GDA0002829530510000036
式中，ω表示主、支管轴线间夹角对主管截面变形量c的影响系数；d表示支管管径；t表示支管壁厚；T表示主管壁厚；θ表示主、支管轴线间夹角；m表示支管壁与主管表面接触面积；K表示主管壁厚截面抗拉刚度。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明基于钢管焊接相贯节点应力集中系数计算方法和管内混凝土约束作用，分析了管内混凝土约束作用对钢管焊接相贯节点应力集中系数的缓解作用，因而能够更系统地评价钢管混凝土焊接相贯节点应力集中程度，提高工程安全性，降低工程成本和减少经济损失。
附图说明
图1为本发明实施例的钢管混凝土焊接相贯节点主管截面变形图。
图2为本发明实施例的支管与主管接触面积示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1和2所示，本实施例提供了一种钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法，根据管内混凝土对钢管混凝土焊接相贯节点变形的约束作用，建立钢管混凝土焊接相贯节点与钢管焊接相贯节点间的应力集中系数相关关系；采用钢管混凝土焊接相贯节点主管截面变形量为基本参数，建立不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点的主管截面变形量间的相关关系；进而结合钢管焊接相贯节点应力集中系数计算方法得到钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法。包括以下步骤：
步骤S1：令钢管混凝土焊接相贯节点主管截面为椭圆形变形，忽略管内混凝土对主管的粘结作用而引起的反向内凹变形，建立钢管混凝土焊接相贯节点与钢管焊接相贯节点间的应力集中系数相关关系；
步骤S2：采用钢管混凝土焊接相贯节点主管截面变形量为基本参数，建立不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点的主管截面变形量间的相关关系；
步骤S3：通过步骤S1和步骤S2得到不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点主管与管内混凝土剥离范围及其与管内混凝土对钢管焊接相贯节点应力集中系数缓解作用程度间的相关关系，进而结合钢管焊接相贯节点的应力集中系数得到钢管混凝土焊接相贯节点的应力集中系数。
在本实施例中，步骤S1中所述钢管混凝土焊接相贯节点与钢管焊接相贯节点间的应力集中系数相关关系为：
Figure GDA0002829530510000061
Figure GDA0002829530510000062
Figure GDA0002829530510000063
式中，D表示主管管径；c表示主管截面变形量；f表示主管管壁径向变形；φ表示主管与管内混凝土剥离范围；xt表示变形前、后主管截面相交点横坐标；SCFCFST表示钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数；SCFCHS表示钢管焊接相贯节点应力集中系数。
在本实施例中，所述不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点主管截面变形量是根据相关参数即支管壁与主管表面接触面积、主管壁厚截面抗拉刚度和主、支管轴线间的夹角间的相关关系进行确定；
Figure GDA0002829530510000064
Figure GDA0002829530510000065
K＝T
Figure GDA0002829530510000071
式中，ω表示主、支管轴线间夹角对主管截面变形量c的影响系数；d表示支管管径；t表示支管壁厚；T表示主管壁厚；θ表示主、支管轴线间夹角；m表示支管壁与主管表面接触面积；K表示主管壁厚截面抗拉刚度。
在本实施例的图1和图2中图中，D表示主管管径；c表示主管截面变形量；f表示主管管壁径向变形；φ表示主管与管内混凝土剥离范围；xt表示变形前、后主管截面相交点横坐标数；d表示支管管径；t表示支管壁厚；T表示主管壁厚；m表示支管壁与主管表面接触面积。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：令钢管混凝土焊接相贯节点主管截面为椭圆形变形，忽略管内混凝土对主管的粘结作用而引起的反向内凹变形，建立钢管混凝土焊接相贯节点与钢管焊接相贯节点间的应力集中系数相关关系；
步骤S2：采用钢管混凝土焊接相贯节点主管截面变形量为基本参数，建立不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点的主管截面变形量间的相关关系；
步骤S3：通过步骤S1和步骤S2得到不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点主管与管内混凝土剥离范围及其与管内混凝土对钢管焊接相贯节点应力集中系数缓解作用程度间的相关关系，进而结合钢管焊接相贯节点的应力集中系数得到钢管混凝土焊接相贯节点的应力集中系数，
步骤S1中所述钢管混凝土焊接相贯节点与钢管焊接相贯节点间的应力集中系数相关关系为：
Figure FDA0002829530500000011
Figure FDA0002829530500000012
Figure FDA0002829530500000013
式中，D表示主管管径；c表示主管截面变形量；f表示主管管壁径向变形；Φ表示主管与管内混凝土剥离范围；xt表示变形前、后主管截面相交点横坐标；SCFCFST表示钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数；SCFCHS表示钢管焊接相贯节点应力集中系数。
2.根据权利要求1所述的一种钢管混凝土焊接相贯节点应力集中系数计算方法，其特征在于：所述不同几何参数钢管混凝土焊接相贯节点主管截面变形量是根据相关参数即支管壁与主管表面接触面积、主管壁厚截面抗拉刚度和主、支管轴线间的夹角间的相关关系进行确定；
Figure FDA0002829530500000021
Figure FDA0002829530500000022
K＝T
Figure FDA0002829530500000023
式中，ω表示主、支管轴线间夹角对主管截面变形量c的影响系数；d表示支管管径；t表示支管壁厚；T表示主管壁厚；θ表示主、支管轴线间夹角；m表示支管壁与主管表面接触面积；K表示主管壁厚截面抗拉刚度。
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