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什么是混凝土K型搭接直埋保温钢管节点滞回性能？
作者：河北大东管道防腐保温工程有限公司
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发表时间：2020-05-25 16:36:37
针对K型搭接节点隐藏焊缝不焊接承载力较低的问题，按主圆支圆、主方支圆2种节点形式设计了6个中空夹层钢管混凝土加强型K型搭接节点，对其选行低往复加载试验。应用 ANSYS软件对试验试件进行模拟，得到了节点的破坏模式、荷载-位移关系、应力分布規律，对节点的承载力、延性、耗能、刚度退化等抗震指标进行分析。结果表明：主管夹层灌混凝土提高了节点刚度、承载力及耗能能力，主管夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土对节点的加强效果基本相同；未加强节点的应力主要集中在节点城主直埋保温钢管表面，破坏模式为主管表面塑性破坏，加强节点的应力主要集中在攴管，以支管拉裂破坏为主，主管无明显变形。模拟结果与试验结果吻合较好。
直接焊接搭接节点在钢管桁架结构中的应用日益广泛，但节点搭接部位隐藏焊缝的焊接会对施工带来一定困难，且隐藏焊缝焊接与否一直是工程界和学术界所争议的问题。研究表明3：内隐藏焊缝不焊接会削弱节点的承载力，针对这一问题可采用局部加强的方式改善节点的受力性能。目前，节点常用的加强方法有增设垫板、主管灌浆、加设加劲肋和套管等。其中，垫板加强和加劲肋加强等方法一定程度上可改善节点性能5，但直埋保温钢管增加了节点构造的复杂性，对焊接技术要求较高。灌混凝土的加强措施，延续了节点简洁流畅的外观构造，同时可以发挥组合结构的优势，近年来得到了广泛关注。Chen等将传统直圆管X型节点的主管换成凹型主管并在主管中灌混凝土提高了节点的刚度和承载力。Yin等对主管灌混凝土N型圆钢管节点进行低周往复试验，发现在主直埋保温钢管中灌混凝土可有效提高节点滞回性能。 Machir等研究发现方钢管混凝土T型节点在平面内弯矩循环荷载作用下具有更好的抗疲劳性能。
主管夹层灌混凝土的加强方式，既可利用混凝土改善节点性能，与主管全灌混凝土相比，亦可减少结构自重，符合大跨空间结构轻质高强的设计要求。主管夹层灌混凝土的加强揹施已经应用在电力工程中，取得了良好的建筑和经济效果，如天湖一崇贤开口环入育苗20kⅤ输电线路工程”。为了解该加强方式下节点的滞回性能，本文采用试验和有限元模拟相结合的方法，研究中空夹层钢管混凝土K型搭接节点的滞回性能及抗震耗能机理，以期为隐藏焊缝不焊节点性能的改善和管桁结构的抗震设计提供一定可参考建议。
采用主圆支圆和主方支圆2种节点形式，共加工了6个足尺试件，节点设计。试件编号及几何参数见表1，KCC代表主圆支圆节点，K RC代表主方支圆节点，“1”代表普通混凝土，“2”代表粉煤灰混凝土；L为主管及夹层套管长度，L为支管垂直长度，θ为主支管之间的夹角，e为节点偏心距，D、B、T为圆主管直径、方主管边长及厚度，D Bx、Tr为夹层圆套管直径、方套管边长及厚度，d、t为支管直径和厚度。主支管均采用Q345B钢材，夹层套管采用Q235B钢材，由单向拉伸试验测得钢材力学性能如表2所示。混凝土等级为C30，以Ⅱ级灰替代30%水泥制备粉煤灰混凝土，通过标准立方体抗压试验，实测普通混凝土抗压强度为32.87MPa、弹性模量为31.23GPa，粉煤灰混凝土抗压强度为30.78MPa、弹性模量为29.24GPa。
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