带疲劳表面裂纹的焊接T型圆钢管节点静力性能研究

摘要

焊接圆钢管节点作为一种支撑结构已被广泛应用于桥梁、体育场和海洋平台等大型结构工程中。而这些结构长期在恶劣环境下承受着交变荷载作用,如风、海浪、地震和潮汐等,因此,结构中的焊接管节点经过一定的服役期后,很可能会发生疲劳破坏。而管节点的疲劳破坏一般主要表现为在主支管交汇处焊缝周围产生疲劳裂纹,疲劳裂纹的产生会造成管节点焊缝处刚度降低,进而导致管节点静力强度降低。这就需要对含有疲劳表面裂纹焊接管节点的静力性能进行研究。通过试验测试与有限元模拟分析相结合,本文主要进行了以下研究工作:
　　(1)对T型圆钢管节点主支管交汇处焊缝周围的应力分布进行试验测试,确定最大热点应力的位置,之后进行疲劳试验,预制疲劳表面裂纹。
　　(2)对含有疲劳表面裂纹和未含有疲劳表面裂纹T型圆钢管节点进行支管轴拉作用下的静力试验,通过对两种试件荷载-位移曲线和荷载-变形曲线的对比,分析出疲劳表面裂纹对节点静力性能和破坏模态的影响。静载试验中,记录含疲劳表面裂纹T型圆钢管节点的裂纹口张开位移(CMOD)-荷载曲线和不同荷载下的裂纹深度曲线,来研究分析裂纹在扩展过程中的形状演变。
　　(3)通过试验测试得到的各试件静力性能数据,对已有的含裂纹缺陷相贯节点承载力计算公式(缩减系数法)进行验证。
　　(4)自行编写程序生成含表面裂纹缺陷管节点的有限元模型,通过试验测试结果验证有限元模型的准确性。并运用有限元技术对试件裂纹尖端的线弹性断裂参量应力强度因子K进行计算。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1引言

1.2焊接圆管相贯节点的分类

1.3焊接圆管相贯节点的破坏形式

1.4 国内外焊接圆钢管节点的研究现状

1.5 本文的研究背景和研究内容及方法

2 带疲劳表面裂纹T型管节点的试验研究

2.1试件设计

2.2试件制作

2.3 加载装置

2.4 焊缝周围热点应力分布

2.5 疲劳试验

2.6静力强度试验

2.7夏比冲击试验

2.8测量裂纹面倾斜角

2.9极限承载力判定准则

3 带疲劳表面裂纹T型圆钢管节点极限承载力分析

3.1带疲劳裂纹管节点承载力计算公式

3.2管节点相贯线长度

3.3带疲劳裂纹管节点承载力计算公式验证

3.4本章小结

4 带疲劳表面裂纹T型圆钢管节点有限元分析

4.1 引言

4.2断裂力学理论基础

4.3 有限元模拟基本假定

4.4 有限元模型的建立

4.5弹塑性有限元模型模拟结果

4.6线弹性有限元模型

4.7 本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2 展望

参考文献