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1、交叉焊缝对钢管桁架相贯节点区域应力和变形的影响 第十脯仝囤现代结构I程学术研讨台 交叉焊缝对钢管桁架相贯节点区域应力和变形的 影响 李林，崔佳，吴雪峰，周淑容，彭敏 i I*4。4 提要：重庆南山植物固展览温室空问钢管桁架的节点均为相贯连接但是此管桁絮的相贯节点将主管的拼接焊缝与主主管 连接的相贯焊缝部设置在节点区域，遗成焊缝的i体室叉，这不符台钢结构的构造原则。为考察此类节点的受力 性能，进行了j个典型节点的试验.对交叉焊缝对节点区域应力和变形的影响进行了试验研究.结果表明：空X焊 缝部位向受拉变形受到限制。节点区域心力分布复杂,存在麻力集中,节点口橱一戍力较凸侧增加快。翘词：钢管桁架,节点
2、试验,空焊缝，应力分布 一、引言 目前.空间钢管桁架结构因其受力合理构造简洁，造型优美,已越来越广泛地应用于会展中心、体 育馆、航站楼等大型民用和工业建筑中.23年重庆市政府决定在南山植物园修建展览温室，该展览温室 工程采用典型的空间钢管桁架拱结构.管桁架的节点均为丰日贯连接.但在节点设计时主管的拼接焊缝被设置在节点区域.造成支管与主管连接的相贯焊缝与主管的拼接焊缝交叉,形成了立体交叉焊缝见图l. 交叉焊缝由于反复受热,焊接残余应力较大增加了节点脆断倾向，此部位也正是形成和发展疲劳裂纹最 叉和在一娃集中大量焊缝。同样， 大于6m的孔来避免焊缝的立体交叉”。因此，为了了解交叉焊缝对相贯节点性能的
3、不利影响特对该 类节点进行了试验研究。 汇 阑一围I南山檀物园展览温室空间相贯节点固 资助项目:“2I】I程”j埘建设项口编号：S915 I业建筑010增刊 第十届全困现代结构程学术研讨会二、试验概况 一 试件设计 试验所采用的3个试件均按照重庆南lJ植物园展览温室主体工程的典型节点进行简化设计,截面及几何 尺寸完全相同见图2，编号分别为J一1、JD.2和JD。3。试件的主管拼接焊缝采用单边坡口对接焊，支管与主 管间的连接焊缝采用角焊缝。为了保证主管拼接焊缝能熔透，在主管内加设0mm宽衬管。为使破坏在节点 区域发生，对试件做了特殊的边界约束处理。同时，为了满足试验加载的要求，在支管与主管端头均
4、设置 了与千斤顶或作动器连接的端板和相应的加劲肋. 一 辽j 支管 飞8。码嚣 4。 警翁 一 _一 主管 自i68x6-5 量 l ！! 上 一 厂1 I， 1 图试件图 二试件材料性能平均值302。Nmm2。 三试验加载装置及加载制度 试验加载装置见图3。根据节点在实际工程中的受力情况，主管处竖向施加压力，支管处水平方向施加拉力。竖向压力由150t液压千斤顶施加，水平拉力由50作动器施加。试件上端用转动钢铰与竖向千斤 顶连接，下端通过端头平板直接放在地面上，然后用压梁固定。在千斤顶、作动器与试件之间放置应变传感器，整个加载过程都是基于传感器的应变通过静态电阻应变仪控制加载力的大小。 19
5、工业建筑20增刊 第十届全囝现代结构丁程学术研讨会 反力架 图3试验加载装置图计算机系统自动采集数据。加载时按竖向压力P与水平拉力H之比为4：l 即P:H :1的加载比例进行等比例加载。当节点进入塑性变形阶段后 以百分表读数的增量判定 ，撤去变形测量装置，继续按该比 例加载,直至试件破坏。 四 测试内容 测试内容为每级荷载作用下节点区域测点的应变.通过应变与应力的对应关系得出应力的分布情况。 由于靠近主管焊缝及支管与主管交汇处的节点区域受力复杂，因此布置了三向应变花。每个试件布置了16 个应变花各测点的具体位置见图4。 1l 5l L 卫 图4节点区域应变测点布置图 试验结果及数据分析 一 节
6、点区域荷载。应变曲线 节点区域应变花的测点布置见图.由于节点前后侧测点关于主、支管轴线组成的平面呈对称布置，工业建筑2010增刊 1097 第十届全国现代结构工程学术研讨会 同时节点上下侧测点关于环向对接焊缝与支管轴线组成的平面呈对称布置,所以将对称位置的测点数据作 平均处理后只列一侧测点的荷载一应变曲线. 图5列出了J。1中代表性测点应变花的荷载一应变曲线。其中,编号“宰中的第一个数字代表测点 的编号，后一位数字分别代表应变花的个方向，如“代表平行于主管轴线方向，2”代表与主管轴线呈45。方向,“3”代表与主管轴线垂直方向. a D测点的P曲线 J旷1测点2的P.曲线 c JD1测点的P。曲
7、线 dJD测点4的。e曲线 JD测点5的P。曲线 f JD1测点7的P。曲线 图5J荷载一应变Pe曲线 从图5中可以看出，当竖向荷载小于50kN时，各测点的应变都单调缓慢增加，均没有超过屈服应变 荷载一应变曲线出现明显拐点.当竖向荷载达到00kN时，从图中可以看出测点4、5和7的应变都已超过屈服应变，而位于交叉焊缝附近的测点l一3的应变却没有超过屈服应变，说明由于交叉焊缝部位处于双 向受拉状态，变形受到限制。 - 节点区域荷载rase应力曲线 节点区域为复杂应力状态，通过应变花测得的应变可计算出各点的ises应力.计算时，考虑到钢管匿0m ，得mses应力： 31 试件的lIl溺应力变化情况见
8、图.从图中可以看出，当荷载小于52k时，各测点应力随荷载单调 缓慢增加,说明节点处于弹性受力状态。在整个受力过程中，位于节点左侧的测点7在荷载约5kN时首 先进入屈服。究其原因.是因为测点位于弯曲正应力的受压区,由于二阶弯矩的影响，压应力增加最快. 随后交叉焊缝处测点也在荷载达到0N后相继进入屈服。 108 工业建筑010增刊 第十届全国现代结构工程学术研讨会 0 102030 ；070柏 /10删 a D一1 b J一2 c JD一3 图6节点区域各测点荷载1li O应力P。o。, 图 注:图中数字为测点号 屈服强度的比值，纵坐标为实测mse应力。有限元分析模型的材料按完全弹塑性考虑，没有考虑残余应力和初始缺陷的影响，而实际直接焊接圆钢管节点在焊接 文中如有不足，请您指教！ /
