基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法
本专利技术涉及钢管节点设计
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术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，本专利技术的技术方案是：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：K6＝E(k1d+k2D)ttanθ其中，E为钢管弹性模量；D为主管直径；d为支管直径；T为主管壁厚；t为支管壁厚；θ为主、支管轴线间夹角；k1为支管直径d对相贯焊缝长度的影响系数；k2为主管直径D对相贯焊缝长度的影响系数。进一步地，利用已有钢管节点，统计其支管直径与相贯焊缝长度，并采用下面的线性回归方程，对支管直径与相贯焊缝长度间相关关系进行分析，最终回归计算得到支管直径d对相贯焊缝长度的影响系数k1：L＝k1d其中，L为相贯焊缝长度。进一步地，利用已有钢管节点，统计其主管直径与相贯焊缝长度，并采用下面的线性回归方程，对主管直径与相贯焊缝长度间相关关系进行分析，最终回归计算得到主管直径D对相贯焊缝长度的影响系数k2：L＝k2D其中，L为相贯焊缝长度。与现有技术相比，本专利技术具有有益效果：可以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几何参数间的耦合作用，整体把握钢管节点的应力集中程度。附图说明图1是本专利技术一实施例的钢管节点的主视图；图2是本专利技术一实施例的钢管节点的侧视图；图3是本专利技术一实施例的钢管节点的俯视图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。如图1所示，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。在本实施例中，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：K6＝E(k1d+k2D)ttanθ其中，E为钢管弹性模量；D为主管直径；d为支管直径；T为主管壁厚；t为支管壁厚；θ为主、支管轴线间夹角；k1为支管直径d对相贯焊缝长度的影响系数；k2为主管直径D对相贯焊缝长度的影响系数。在本实施例中，利用已有钢管节点，统计其支管直径与相贯焊缝长度，并采用下面的线性回归方程，对支管直径与相贯焊缝长度间相关关系进行分析，最终回归计算得到支管直径d对相贯焊缝长度的影响系数k1：L＝k1d其中，L为相贯焊缝长度。在本实施例中，利用已有钢管节点，统计其主管直径与相贯焊缝长度，并采用下面的线性回归方程，对主管直径与相贯焊缝长度间相关关系进行分析，最终回归计算得到主管直径D对相贯焊缝长度的影响系数k2：L＝k2D其中，L为相贯焊缝长度。本专利技术采用钢管节点各主要刚度作为基本参数，根据钢管节点各主要刚度间的耦合关系构造得到钢管节点应力集中系数计算方法的基本计算模型，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。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几何参数间的耦合作用，整体把握钢管节点的应力集中程度。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法，其特征在于，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：

【技术特征摘要】
1.一种基于节点刚度的钢管节点应力集中系数计算方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的钢管节点应力集中系数计算方法，其特征在于，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：

【专利技术属性】
技术研发人员：吴庆雄，黄汉辉，陈康明，陈宝春，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建,35