轴力荷载下管节点应力集中系数峰值计算方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种轴力荷载作用下三平面Y型管节点应力集中系数峰值计算方法及应用，属于土木及海洋工程钢管结构疲劳安全评价技术领域。工程上多采用基于热点应力的S

【技术实现步骤摘要】
轴力荷载下管节点应力集中系数峰值计算方法及应用


[0001]本专利技术涉及土木及海洋工程钢管结构疲劳安全评价
，更具体的说是涉及一种轴力荷载下管节点应力集中系数峰值计算方法及应用。

技术介绍

[0002]高强重比使得钢材成为土木工程建设中最优质的结构材料之一。良好的材料力学性能使得钢管构件广泛应用于各种工程结构中，钢管构件的连接处即为管节点。管节点可分为平面管节点和空间管节点两大类，平面管节点是指所有杆件轴线处于同一个平面内的管节点，轴线不全位于同一平面内的管节点则为空间管节点。近十几年来，随着钢管结构在大型工程中的广泛应用，原有的平面管节点已经不能满足工程需求，很多形式的空间管节点应运而生。
[0003]三平面Y型管节点是一种典型的空间管节点，多见于中国东南沿海潮间带区域海上风机三桩基础结构中。海上风机基础结构在服役期内需要抵御复杂的循环荷载，如风荷载、波浪荷载、海流荷载、水位变化、海生物生长和冲刷淘蚀等。因此，疲劳安全评价是海上风机基础结构设计的重要环节。
[0004]目前，针对管节点的疲劳设计最常采用的方法是基于热点应力的S
‑
N曲线法。首先根据管节点各杆件承受的外荷载计算管节点各撑杆上的名义应力，其次根据公式计算不同荷载作用下的应力集中系数值，再次将名义应力与应力集中系数峰值相乘得到热点应力，最后根据热点应力值和材料的S
‑
N曲线得到管节点疲劳寿命。
[0005]综上所述，如何准确地预测出管节点应力集中系数是进行结构疲劳安全评价的重要依据。国内外已经有不少针对不同类型管节点应力集中系数的推荐公式，但是尚缺乏三平面Y管节点在轴力荷载作用下应力集中系数峰值计算公式。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种轴力荷载下管节点应力集中系数峰值计算方法及应用，针对轴力荷载作用下三平面Y型管节点的应力集中系数峰值计算公式，为采用基于热点应力的S
‑
N曲线法开展三平面Y型管节点疲劳安全评价提供了一种便捷且可靠的方法。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种轴力荷载下三平面Y型管节点应力集中系数峰值计算方法，包括以下步骤：
[0009]获取第一几何参数，所述第一几何参数包括：弦杆长细比α，弦杆径厚比γ，弦杆壁厚比τ，撑
–
弦夹角θ；
[0010]根据所述第一几何参数，计算三平面管节点弦杆应力集中系数峰值；
[0011]所述三平面管节点弦杆应力集中系数峰值计算公式如下：
[0012][0013]可选的，所述弦杆长细比的计算公式为：
[0014][0015]其中，D为弦杆外直径，L
C
代表弦杆计算长度；
[0016]所述弦杆径厚比的计算公式为：
[0017][0018]其中，T为弦杆壁厚，D为弦杆外直径；
[0019]所述弦杆壁厚比的计算公式为：
[0020][0021]其中，t为撑杆壁厚度，T为弦杆壁厚度。
[0022]可选的，弦杆长细比α∈[6,15]，弦杆径厚比γ∈[25,40]，弦杆壁厚比τ∈[0.5,0.9]，撑
–
弦夹角θ∈[30
°
,60
°
]。
[0023]一种轴力荷载下三平面Y型管节点应力集中系数峰值计算方法，包括以下步骤：
[0024]获取第二几何参数，所述第二几何参数包括：弦杆长细比α，撑
–
弦杆直径比β，弦杆径厚比γ，弦杆壁厚比τ，撑
–
弦夹角θ；
[0025]根据所述第二几何参数，计算三平面管节点撑杆的应力集中系数峰值；
[0026]所述三平面管节点撑杆的应力集中系数峰值计算公式如下：
[0027][0028]可选的，所述弦杆长细比的计算公式为：
[0029][0030]其中，D为弦杆外直径，L
C
代表弦杆计算长度；
[0031]所述撑
‑
弦杆直径比的计算公式为：
[0032][0033]其中，d为撑杆外直径，D为弦杆外直径；
[0034]所述弦杆径厚比的计算公式为：
[0035][0036]其中，T为弦杆壁厚，D为弦杆外直径；
[0037]所述弦杆壁厚比的计算公式为：
[0038][0039]其中，t为撑杆壁厚度，T为弦杆壁厚度。
[0040]可选的，弦杆长细比α∈[6,15]，撑
–
弦杆直径比β∈[0.4,0.75]，弦杆径厚比γ∈
[25,40]，弦杆壁厚比τ∈[0.5,0.9]，撑
–
弦夹角θ∈[30
°
,60
°
]。
[0041]一种轴力荷载下三平面Y型管节点应力集中系数峰值计算方法的应用，包括以下步骤：
[0042]根据材料力学公式计算平面的名义应力；
[0043]根据第一几何参数计算得到三平面管节点弦杆应力集中系数峰值；
[0044]根据第二几何参数计算得到三平面管节点撑杆应力集中系数峰值；
[0045]比较三平面管节点弦杆应力集中系数峰值和三平面管节点撑杆应力集中系数峰值，取较大值为三平面Y型管节点的应力集中系数峰值；
[0046]将名义应力与应力集中系数峰值相乘，得到三平面Y型管节点热点应力值。
[0047]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种轴力荷载下三平面Y型管节点应力集中系数峰值计算方法及应用，通过计算及分析提出了三平面Y型管节点受荷载平面应力集中系数峰值计算公式。该公式完善了空间管节点应力集中系数计算体系，为三平面Y型管节点疲劳安全评价提供了一种便捷且可靠的方法。
附图说明
[0048]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0049]图1为三平面Y型管节点的正视图；
[0050]图2为三平面Y型管节点的俯视图；
[0051]图3为轴力荷载工况图；
[0052]图4为弦杆侧α敏感性分析图；
[0053]图5为撑杆侧α敏感性分析图；
[0054]图6为弦杆侧敏感性分析图；
[0055]图7为撑杆侧敏感性分析图；
[0056]图8为弦杆侧敏感性分析图；
[0057]图9为撑杆侧敏感性分析图；
[0058]图10为弦杆侧τ敏感性分析图；
[0059]图11为撑杆侧τ敏感性分析图；
[0060]图12为弦杆侧θ敏感性分析图；
[0061]图13为撑杆侧θ敏感性分析图。
具体实施方式
[0062]下面将结合本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴力荷载下三平面Y型管节点应力集中系数峰值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取第一几何参数，所述第一几何参数包括：弦杆长细比α，弦杆径厚比γ，弦杆壁厚比τ，撑
–
弦夹角θ；根据所述第一几何参数，计算三平面管节点弦杆应力集中系数峰值；所述三平面管节点弦杆应力集中系数峰值计算公式如下：2.根据权利要求1所述一种轴力荷载下三平面Y型管节点应力集中系数峰值计算方法，其特征在于，所述弦杆长细比的计算公式为：其中，D为弦杆外直径，L
C
代表弦杆计算长度；所述弦杆径厚比的计算公式为：其中，T为弦杆壁厚，D为弦杆外直径；所述弦杆壁厚比的计算公式为：其中，t为撑杆壁厚度，T为弦杆壁厚度。3.根据权利要求1所述一种轴力荷载下三平面Y型管节点应力集中系数峰值计算方法，其特征在于，弦杆长细比α∈[6,15]，弦杆径厚比γ∈[25,40]，弦杆壁厚比τ∈[0.5,0.9]，撑
–
弦夹角θ∈[30
°
,60
°
]。4.一种轴力荷载下三平面Y型管节点应力集中系数峰值计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取第二几何参数，所述第二几何参数包括：弦杆长细比α，撑
–
弦杆直径比β，弦杆径厚比γ，弦杆壁厚比τ，撑
–
弦夹角θ；根据所述第二几何参数，计算三平面管节点撑杆的应力集中系数峰值；所述三平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍石榴，周继凯，金松，赵夕瑶，田韵，邰雅婷，宋柯贤，刘劭玮，许滢磊，付亮亮，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：