螺栓连接钢管节点承载力的有限元模拟研究

摘要

为保证输电塔结构的稳定性及经济性，非常有必要针对目前广泛使用的螺栓连接钢管节点进行承载力的系统研究。由于螺栓连接钢管节点构造的复杂性和特殊性，目前我国设计规范中尚没有给出完整和实用的承载力计算方法，本文针对螺栓连接钢管节点承载力的研究为工程应用提供了有价值的参考。
　　 本文首先对螺栓节点板体系中的螺栓抗剪连接和螺栓抗拉连接进行了有限元模拟方法的研究，阐述当前使用的几种模拟方法，在简单实例和复杂实例上进行应用以确定最合理的模拟方法，为后面无加劲肋钢管节点和有加劲肋钢管节点承载力的有限元模拟打好基础。
　　 对于无加劲肋钢管节点，首先采用足尺试验方法获取4个该类节点的受力特点和破坏特征，采用有限元方法对4个节点承载力进行分析，通过与试验结果的比较以验证有限元模拟的准确性，结合塑性铰理论和虚功原理推导其极限承载力的计算公式，并针对影响承载力的主要参数进行参数分析，最后对比各种方法的计算结果。对于有加劲肋钢管节点，采用足尺试验方法获取8个该类节点的受力特点，采用有限元方法模拟并与试验结果进行比较，分析加劲肋对环板面外失稳的控制及对节点承载力的影响，并探讨模拟钢管节点屈曲状态的方法。
　　 通过以上分析可知，接触加预紧力方法是模拟螺栓节点板连接最为有效的模拟方法，在复杂结构受力分析中可以考虑采用直接粘结和耦合螺孔节点的方法来代替。本文针对有/无加劲肋钢管节点承载力的有限元模拟结果与足尺试验结果比较接近，说明本文提出的考虑失稳的承载力计算方法的适用性。无加劲肋钢管节点的破坏类型以环板的整体面外失稳破坏为主，通过设置加劲肋能有效控制环板的整体面外失稳。结合塑性铰理论和虚功原理的无加劲肋钢管节点的极限承载力计算公式与试验结果匹配良好，对工程运用具有指导意义。