复杂钢结构相贯节点的试验研究

1、复杂钢结构相贯节点承载力试验研究主要内容KK-Ov型节点(面内面外均搭接)KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析空间KK型搭接节点概述12341.空间KK型搭接节点概述1.1空间KK型节点形式1.2 KK型圆钢管节点承载力研究中无量纲几 何参数1.3 空间KK型节点的破坏模式结构质量讲评暨技术交流会1.空间KK型搭接节点概述 1.1空间KK型节点形式根据节点腹杆搭接情况的不同，空间KK型搭接节点可分为4种:K性平面内外腹杆均不搭接(简称KK-GAP)；K型平面内不搭接平面外搭接(简称KK-OPOv)；K型平面内搭接平面外不搭接(简

2、称KK-IPOv)；K型平面内平面外均搭接(简称KK-Ov)编号节点腹杆搭接情况简称aK型平面内平面外腹杆均不搭接KK-GAPbK型平面内不搭接平面外搭接KK-OPOvcK型平面内搭接平面外不搭接型平面内搭接平面外不搭接KK-IPOvdK型平面内平面外腹杆均搭接型平面内平面外腹杆均搭接KK-Ov(a) KK-Gap(b) KK-OPOv (c) KK-IPOv(d) KK-Ov注：其中K型平面是指组成空间KK型节点的单K平面1.空间KK型搭接节点概述 1.2 KK型圆钢管节点承载力研究中无量纲几何参数影响空间KK型圆钢管节点极限承载力的几何参数主要有弦杆外径D，弦杆壁厚T，腹杆外径di，腹杆壁

3、厚ti，腹杆沿弦杆轴向间距gl，腹杆横向间距gt，平面内腹杆与弦杆间夹角i，两个单K平面之间的夹角，不同单K平面的两根腹杆之间的夹角由i，弦杆长度L编号无量纲几何参数代号或公式1腹杆、弦杆直径比=di/D2弦杆径厚比=D/(2T)3腹杆、弦杆壁厚比=ti/T4腹杆轴向间距与弦杆壁厚比l=gl/T5腹杆横向间距与弦杆直径比t=gt/D6腹杆轴向间距与弦杆直径比d=gl/D空间KK型节点几何参数示意图几何无量纲参数表1.空间KK型搭接节点概述 1.3空间KK型节点的破坏模式空间KK型节点的破坏模式共有5种编号破坏模式简称1弦杆管壁塑性破坏且两受压腹杆之间的弦杆管壁无局部变形CLD12弦杆管壁塑性破

4、坏且两受压腹杆之间的弦杆管壁变形显著CLD23腹杆局部屈曲破坏BLB4腹杆轴向屈曲破坏BY5受拉腹杆与弦杆相贯处的焊缝拉断或开裂BC或CC2. KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析结构质量讲评暨技术交流会2.1 分析节点几何参数2.2节点承载力有限元分析2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.4节点极限承载力与公式比较2.5节点承载力与杆件承载力的关系2.6节点延性分析2.7节点承载力储备2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.1 分析节点几何参数节点参数选用原则面外有较大搭接，便于研究面外搭接对节点承载力的影响；面内间隙适中，都比较

5、适中，相应的管径尺寸为工程常用。搭接节点参数D=325mm、T=10mm、d=194mm，t=8mm、，无偏心不贯通插板尺寸：长600mm，高100mm，厚10mm贯通插板尺寸：长600mm，高425mm，厚10mm2.2节点承载力有限元分析1.节点破坏模式空间KK-OPOv型节点的破坏模式为弦杆管壁塑性破坏且两受压腹杆之间的弦杆管壁无局部变形(CLD1)，如图所示。2.节点承载力的有限元分析节点承载力取为荷载位移曲线的第一峰值荷载和3%D对应荷载的较小值。对节点隐蔽焊缝焊接、隐蔽焊缝不焊接、设置纵向不贯通插板和贯通插板等四种情况的节点进行有限元分析，得到的结果如图2.2和表2.1所示。图2.

6、1 CLD1破坏模式2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.2节点承载力有限元分析2.节点承载力的有限元分析图 2.2 有限元分析KK-OPOv节点腹杆 荷载-位移曲线图构造类型节点承载力(kN)承载力提升加载方式隐蔽焊缝焊接(w)906正对称隐蔽焊缝不焊(n)898-0.9%设置纵向不贯通插板(c)103914.7%设置纵向贯通插板(tc)128541.8%从表2.1和图2.2可以看出：（1）隐蔽焊缝的焊接与否对节点最终承载力影响很小；（2）纵向插板对提高节点承载力有显著作用，特别是贯通弦杆的纵向插板。2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元

7、分析 2.2节点承载力有限元分析3.该类节点承载力定性分析该类节点的破坏模式(CLD1)导致了以上结果。该类节点的薄弱区域为腹杆间隙间的弦杆，间隙间上弦杆面的局部抗剪能力不足，致使上弦杆面变形快速发展直至节点破坏，纵向插板的设置为上弦杆面增加了额外的抗剪能力，而贯通弦杆的插板又能起到增强弦杆的整体性的作用，使弦杆的整体抗剪能力得以发挥，故纵向插板的作用才能如此显著。而隐蔽焊缝处因不是节点最薄弱区域，故即使不焊接，对节点承载力的削弱也是有限的。2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.2节点承载力有限元分析4.插板节点承载力影响的定量分析1)不贯通插板的节点承载力及插

8、板作用原理(a)有限元计算结果(不贯通)(b)插板力学简化模型图2.3 有限元云图与力学简化模型纵向不贯通插板厚度(mm) 节点承载力(t)厚度增加比例承载力提升10103.91610960%4.9%20111100%6.8%表2.2不贯通纵向插板厚度影响从表2.3表可以看出，在插板贯通弦杆的情况下，随着插板厚度的增加，节点承载力几乎不变。2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.2节点承载力有限元分析4.插板节点承载力影响的定量分析2)贯通插板节点承载力及插板作用原理纵向不贯通插板厚度(mm) 节点承载力(t)厚度增加比例承载力提升10128.516129.560

9、%0.8%20129.6100%0.8%表2.3贯通纵向插板厚度影响从表2.3表可以看出，在插板贯通弦杆的情况下，随着插板厚度的增加，节点承载力几乎不变。插板贯通使得节点域内的弦杆整体性大大增强，由弦杆和插板共同组成一个大型的桁架，大大增强了节点域的承载力。此时将可能发生弦杆截面的强度破坏，即杆件破坏，节点效率大于1。(a)节点域应力分布(贯通)(b)插板应力分布图 2.4 节点域应力分布与贯通插板应力分布2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.1节点试件及相关几何参数试验共设计4个节点试件实施静力单调加载。4个空间K

10、K-OPOv型圆管节点试件中，两个不加插板，区别在于隐蔽焊缝焊接与否；另外两个加纵向插板，其中一个贯通弦杆，一个不贯通弦杆，见表2.4、2.5。实际试件见图2.5图2.8。节点试件编号 隐蔽焊缝焊接与否插板设置方式示意图OPOv-W焊接无图2.5OPOv-N不焊接无图2.6OPOv-ZC无不贯通弦杆纵向插板图2.7OPOv-ZTC无贯通弦杆纵向插板图2.8表 2.4 节点试件编号2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.1节点试件及相关几何参数弦杆腹杆dt325x10194x845500.59716.50.80.157-

11、0.2表 2.5节点几何参数材料：节点：Q345B；插板Q235B图 2.5 OPOv-W(隐蔽焊缝焊接)隐蔽隐蔽焊缝焊接焊接2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.1节点试件及相关几何参数图 2.5 OPOv-W(隐蔽焊缝焊接)隐蔽隐蔽焊缝焊接焊接 图 2.6 OPOv-N(隐蔽焊缝不焊接)内部隐蔽焊缝不焊接2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.1节点试件及相关几何参数图 2.7 OPOv-ZC(设置纵向不贯通插板)图 2.8 OPOv-Z

12、TC(设置纵向贯通插板)纵向不贯通插板接内部隐蔽焊缝不焊接2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.1节点试件及相关几何参数-试件三向应变花布置图2.9 OPOv-W(N)三向片布置图2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.1节点试件及相关几何参数-试件三向应变花布置图2.10 OPOv-ZC(ZTC)三向片布置图2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.2 OPOv-W节

13、点破坏现象图2.11 OPOv-W破坏照片弦杆塑性变形焊缝开裂最终破坏形态弦杆管壁变形急剧加快，受拉腹杆与弦杆连接焊缝因变形而开裂并进一步将弦杆拉开撕裂，受压腹杆压入弦杆中，见图2.112.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.3 OPOv-N节点破坏现象破坏现象与OPOv-W基本一致，见图2.12图2.12 OPOv-N破坏照片2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.4 OPOv-ZC节点破坏现象最终破坏形态：弦杆靠近受拉腹杆一侧管面凹陷而靠近

14、受压腹杆一侧管面凸出椭圆化，插板发生剪切破坏，见图2.13.图2.13 OPOv-ZC破坏照片插板剪切屈曲焊缝开裂2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.5 OPOv-ZTC节点破坏现象腹杆只有少数测点进入屈服，节点内部区域弦杆腹杆均未见显著的变形，弦杆侧面管壁有较小的凹凸变形，固定端处弦杆塑性变形显著，发生弦杆的屈服破坏，节点区靠近固定端一侧弦杆背面由于受压屈服而发生凹陷，见图2.14 。即节点区强度高于弦杆。图2.14 OPOv-ZTC破坏照片弦杆背面凹陷弦杆固定端屈服2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)

15、承载力的有限元分析 (1)腹杆上测点应变几乎都没进入屈服，弦杆上测点大多都进入屈服，弦杆鞍点应变强度大于冠点；(2)在同级荷载作用下，弦杆上在受拉腹杆一侧的测点应变先于受压腹杆一侧测点进入屈服；(3)隐蔽焊缝焊接或不焊接对于弦杆和腹杆上测点应变分布的影响很小；(4)加纵向不贯通插板节点，在节点区域大面积屈服后插板的存在会改变弦杆和腹杆的应变分布，主要是影响了鞍点和冠点处传力的分配(T17与T20，T22与T24)，在节点区域测点大面积屈服后迅速变化并进入屈服；(5)加纵向贯通插板的节点，改变了腹杆的应变分布，对于鞍点和冠点处传力的分配有很大影响(T17与T20，T22与T24)，贯通插板上测点

16、应变在最大荷载作用下仍未进入屈服。2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.6节点应变规律2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.7节点试验极限承载力杆件承受轴力为主的相贯节点的静力承载性能主要有两种确定准则: 1)腹杆轴力-相对弦杆变形曲线的极值点，称为极限强度准则；2) 腹杆相对弦杆的变形达到某一限值(0.03D，D为弦杆直径)，称为极限变形准则，如图2.15所示。节点的极限承载力取极限强度准则和极限变形准则二者中的较小值,试件极限承载力见表。表中相对值取为(节点承载力-OPOv-W节点承载力)/ OPOv

17、-W节点承载力100%。试验极限承载力见表2.6。2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.3空间KK-OPOv型圆管节点试验研究2.3.7节点试验极限承载力图2.14 OPOv-ZTC破坏照片表2.6节点极限承载力对比试件编号节点承载力(kN)相对值OPOv-W10960OPOv-N11404.0%OPOv-ZC134022.3%OPOv-ZTC148835.8%2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.4节点极限承载力与公式比较4个试验节点极限承载力、中国GB50017-2003规范值、欧洲Eurocode3规范值、孙建东公式和陈福公

18、式计算值对比见2.7。表2.7节点承载力与公式对比试件名称试验值(kN)GB50017-2003Eurocode3孙建东公式陈福公式(kN)比值(kN)比值(kN)比值(kN)比值OPOv-W10968010.737120.658130.74OPOv-N11408010.707120.628130.71OPOv-ZC13409510.71OPOv-ZTC148811230.75目前国内外诸多公式对于空间KK型节点承载力都是以单K平面节点承载力乘以空间调整系数的形式得到。陈福公式计算带插板的节点承载力是以GB50017-2003公式计算的空间KK-OPOv节点承载力乘以插板加强调整系数得到，结果

19、偏安全。GB50017-2003公式、Eurocode3公式、孙建东公式计算值总体相差不大。2.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.5节点承载力与杆件承载力的关系空间KK-OPOv型节点破坏模式与平面K型间隙节点类似，主要发生弦杆表面的塑性破坏。节点破坏时腹杆一般未大面积屈服，但弦杆可能先于节点发生全截面屈服破坏。表2.8给出了各试验节点的节点承载力与杆件承载力之间的关系。其中杆件承载力为腹杆全截面屈服对应荷载，节点效率为节点承载力/杆件承载力。表2.8试件节点承载效率比较试件编号节点承载力(kN)杆件承载力(kN)节点效率OPOv-W109616210.68OP

20、Ov-N114016210.70OPOv-ZC134016210.83OPOv-ZTC148816210.922.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 评价节点延性的一个重要指标是节点延性系数，即弦杆管壁极限变形u与管壁屈服变形y的比值。延性系数越大，节点进入塑性后承受大变形的潜力越大，节点延性越好。目前u和y有多种定义方法，本文取节点达到极限承载力Nu时对应的变形为极限变形；根据Kurobane准则确定屈服变形，即在腹杆轴力相对弦杆管壁变形曲线中，作出斜率为0.779KN(KN为节点初始刚度)的直线，该直线与曲线的交点所对应的荷载和变形即为节点的屈服承载力Ny和屈服变

21、形y。表2.9列出了各节点的延性系数。从表中可看出，各节点延性系数均大于3，具有较好的延性。2.6节点延性分析表2.9 节点延性系数试件编号受拉腹杆受压腹杆u/y平均值yuu/yyuu/yOPOv-W0.153.9026.0-0.40-4.8712.219.1OPOv-N0.252.7511.0-0.50-3.476.99.0OPOv-ZC0.224.8121.9-0.13-3.0023.122.5OPOv-ZTC0.273.1211.6-0.21-1.225.88.72.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 2.7节点承载力储备Nu/Ny反应了节点屈服后持续承载的能力

22、，即节点承载力储备，从表2.10中可以看出各节点的承载力储备均较大。表2.10 节点承载力储备试件编号受拉腹杆受压腹杆Nu/Ny平均值Ny(kN)Nu(kN)Nu/NyNy(kN)Nu(kN)Nu/NyOPOv-W53710962.0-600-10961.81.9OPOv-N67011401.7-776-11401.51.6OPOv-ZC58613402.3-803-13401.72.0OPOv-ZTC63514882.3-812-14881.82.12.KK-OPOv节点(面内不搭接，面外搭接)承载力的有限元分析 3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.1分析节点几何参数3.2节点

23、承载力的有限元分析3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.4节点极限承载力与公式比较3.5节点极限承载力与杆件承载力的关系结构质量讲评暨技术交流会3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.1分析节点几何参数对于面外不搭接，面内搭接的空间KK型节点破坏模式有4种：CLD2+BLB；CLD1+BLB；BY；BLB。主要破坏模式是CLD2+BLB，见图3.1。只有两受压腹杆之间的弦杆管壁变形较大，横向插板的设置才能取得效果。节点参数：D=325mm、T=10mm、d=168mm，t=8mm、，,单K平面内偏心3cm。插板尺寸：长325mm，高40mm，厚10mm。图3.1 CLD2破坏模式

24、3.2节点承载力的有限元分析图 3.2 有限元计算节点腹杆荷载-位移曲线图节点编号构造类型节点承载力(kN)承载力提升加载方式1隐蔽焊缝焊接(W)1281正对称(s)2隐蔽焊缝不焊(N)1230-4.0%正对称(s)3隐蔽焊缝不焊(N)1099-14.2%反对称(a)4放置横向插板(HC)13334.1%正对称(s)表3.1 有限元计算节点承载力3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.2节点承载力的有限元分析节点有限元分析结论：1.在正对称荷载作用下，隐蔽焊缝不焊会使该节点的承载力略微下降；反对称荷载作用下，则需进一步研究。2.横向节点板的构造对于承载力的提高很小，从图3.3可看出：

25、图 3.3 IPOv-HC节点有限元破坏形态(1)在腹杆水平分力作用下，插板成为抗弯结构，受力十分不利，变形严重。(2)弦杆的变形主要集中在靠近腹杆鞍点区域，设置插板处的弦杆面本身应力水平和变形相对较低，因此设置插板的效果也就有限。3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验1. IPOv类节点试件共4个，除了采用不同的构造措施和加载方式，其余条件(钢管材料、几何参数等)均保证相同。节点所用材料均为Q345B钢材。节点试件编号见表3.2，节点几何参数见表3.3，几何参数定义见图1.2。其中横向插板几何参数：长355mm，高212.5mm，厚10mm。试件

26、照片见图3.43.7。3.3.1节点试件及相关几何参数节点试件编号隐蔽焊缝焊接与否插板设置方式加载方式示意图IPOv-W焊接无正对称图 IPOv-N不焊接无正对称图 IPOv-HC无横向插板正对称图 IPOv-N-A不焊接无反对称图 表3.1 有限元计算节点承载力3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.3.1节点试件及相关几何参数弦杆腹杆dtelet325x10168x862800.51716.250.8-0.1520.154-3cm0表 3.3节点几何参数图 3.4隐蔽焊缝焊接节点(IPOv-W)隐蔽焊缝焊接3.KK-IPOv节点(面内搭接，面

27、外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.3.1节点试件及相关几何参数图 3.5隐蔽焊缝不焊节点(IPOv-N)隐蔽焊缝不焊3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.3.1节点试件及相关几何参数图 3.6加横向插板节点(IPOv-HC)横向插板3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.3.1节点试件及相关几何参数图 3.7隐蔽焊缝不焊且反对称加载节点(IPOv-N-A)隐蔽焊缝不焊3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.3.1节点试件及相关几何参

28、数试件三向应变花设置图 3.8 IPOv-W(N、N-A)三向片布置图图 3.9 IPOV-HC三向片布置图3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.3.2 IPOv-W节点图 3.10 IPOv-W破坏照片(a)节点全貌(b)焊缝断裂面(c)焊缝开裂腹杆2焊缝断裂弦杆变形不显著焊缝断裂面三集点处焊缝开裂腹杆4腹杆1最终破坏形态受拉腹杆2与弦杆及受压腹杆3之间的连接焊缝发生断裂(图3.10a、b)，整个受拉腹杆2在焊缝处沿着焊喉面被拉断，弦杆有一定的凹凸变形，另一侧三集点处焊缝开裂，且裂缝向受拉腹杆与弦杆之间的连接焊缝发展(图3.10c)。3.KK

29、-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.3.3 IPOv-N节点图 3.11 IPOv-N破坏照片(a)节点全貌(b)焊缝断裂面(c)弦杆变形最终破坏形态受拉腹杆1与受压腹杆及弦杆之间的连接焊缝发生开裂并进而引发整个受拉腹杆被拉断，弦杆表面凹凸变形较明显，其余腹杆未见显著变形及焊缝开裂。腹杆1断裂腹杆断裂面焊缝断裂面弦杆变形3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.3.4 IPOv-HC节点图3.12 IPOv-HC破坏照片(a)节点全貌(b)弦杆变形(c)腹杆断裂面最终破坏形态腹杆2在端部加劲处被拉断，发生

30、杆件破坏，节点未破坏，弦杆有一定的凹凸变形，其余腹杆及插板变形不显著。腹杆2拉断弦杆变形腹杆2断裂面3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间KK-IPOv型圆管节点试验3.3.5 IPOv-N-A节点图3.12 IPOv-HC破坏照片(a)弦杆侧面变形 (b)焊缝断裂(c)弦杆内表面变形最终破坏形态受拉腹杆2在外侧三集点处焊缝开裂并引起整个连接焊缝的连续断裂(图3.13b)，弦杆侧面有一定的凹凸变形(图3.13a)，弦杆顶面有较明显的塑性变形(图3.13c)，其余腹杆无显著变形。弦杆侧面变形腹杆2焊缝断裂弦杆顶面塑性变形3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.3空间K

31、K-IPOv型圆管节点试验3.3.6节点极限承载力试验上述4个节点的极限承载力见表3.4试件编号节点承载力(kN)相对值IPOv-N15510IPOv-W1393-10.2%IPOv-HC15993.1%IPOv-N-A1275-17.8%表 3.4 节点极限承载力对比3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.4节点极限承载力与公式比较4个试验节点极限承载力、中国GB50017-2003规范值、欧洲Eurocode3规范值、孙建东公式和李明公式计算值对比见表3.5公式中用到的杆件截面几何尺寸、材料强度均采用试验实测值。表中比值为公式值/试验值。表 3.5 试验节点极限承载力确定试件名称

32、试验值(kN)GB50017-2003Eurocode3孙建东公式李明公式(kN)比值(kN)比值(kN)比值(kN)比值IPOv-W13938190.598020.5810230.7311940.86IPOv-N15518190.538020.5210150.6511830.76IPOv-HC15998190.518020.5110150.6311830.74IPOv-N-A12758190.648020.6410150.8011830.933.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.4节点极限承载力与公式比较由表3.5克制，目前国内外诸多公式对于空间KK型节点承载力都是以单K平面节点

33、承载力乘以空间调整系数的形式得到。GB50017-2003公式、Eurocode3公式、孙建东公式以及李明公式计算值与实验值相比均偏保守，其中李明公式是以平面K型节点承载力乘以空间系数0.9确定，其平面K型搭接节点承载力计算是依据搭接节点的由腹杆所决定的破坏模式，精度较高，所以此公式计算结果与试验相对最为接近。孙建东公式的空间调整系数考虑了腹杆厚度的影响，所以得到的结果也较接近试验值。而其余2个公式所对应的平面K型节点承载力公式均由平面K型间隙节点得到，所以精度较差，且更保守。3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.5节点极限承载力与杆件承载力的关系搭接节点由于荷载可以通过拉压腹杆之

34、间的相互搭接处传递，所以节点承载力相对较高，节点效率也相对较高。表3.6给出了各试验节点的节点承载力与杆件承载力之间的关系。其中杆件承载力为腹杆全截面屈服和弦杆全截面屈服对应腹杆轴力的较小值，节点效率为节点承载力/杆件承载力。表 3.6试件节点承载效率比较试件编号节点承载力(kN)杆件承载力(kN)节点效率IPOv-W139316170.86IPOv-N155115980.97IPOv-HC159915981.00IPOv-N-A127515980.793.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)3.5节点极限承载力与杆件承载力的关系从表3.6可知，IPOv-N节点和IPOv-HC节点效率均

35、接近1，说明节点到达极限承载力时，杆件也基本失效，从这两个节点的破坏模式也能得到反映：IPOv-N节点受拉腹杆1发生连接焊缝与腹杆截面的断裂，IPOv-HC发生受拉腹杆2截面断裂。IPOv-W节点由于焊缝的提前失效，导致节点并未达到实际承载力，节点效率也较小，节点的破坏模式是焊缝的断裂。反对称加载时，节点的传力机制和正对称加载时不同。正对称加载时，两个平面同侧的两根拉(压)杆沿弦杆横向的分量相互抵消，因此对弦杆横向间隙区域影响很小，节点承载力取决于弦杆沿轴向的抗弯承载力以及腹杆承载力。反对称加载时，对角布置的两根拉(压)杆形成斜向交叉的拉力和压力，弦杆横向间隙区域受到剪切作用，节点承载力取决于

36、弦杆轴向和横向的抗弯承载力。IPOv-N-A的破坏模式为弦杆表面间隙区域的塑性破坏，破坏时未达到腹杆极限承载力，因此IPOv-N-A节点的节点承载力较低，节点效率也较低。3.KK-IPOv节点(面内搭接，面外不搭接)4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.1分析节点几何参数4.2有限元计算结果4.3 节点试验结构质量讲评暨技术交流会4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.1分析节点几何参数面外、面内均搭接的空间KK型节点的破坏模式有3种，CLD3+BLB、BLB、BY；其中CLD3属于弦杆破坏，但是与CLD1、CLD2又有些许不同，三者的区别可图4.1。CLD3+BLB的破坏模式是该类节点

37、最普遍的破坏模式，在的节点中，一般只发生CLD3+BLB破坏模式，节点按CLD3+BLB的破坏模式确定，节点参数如下：D=325mm、T=10mm、d=194mm，t=8mm、。在该参数下，有限元计算节点的破坏模式正是CLD3+BLB，见图4.2。4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.1分析节点几何参数图4.1空间KK型节点3种破坏模式对比图4.2 CLD3+BLB破坏模式根据插板设置方式和隐蔽焊缝的焊接方式的不同，有9种节点型式，见表4.1。对这些节点进行有限元模拟计算分析，确定节点承载力。节点编号中， T表示插板贯通弦杆，N表示隐蔽焊缝不焊。4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.1

38、分析节点几何参数图4.3 KK-Ov节点腹杆搭接顺序说明KK-Ov类节点4根腹杆相互搭接，并形成四个隐蔽区域，设计节点的搭接顺序如图4.3所示，贯通受压腹杆贯通，其两侧的受压、受拉腹杆搭接在其上面，最后一根受拉腹杆搭接在其两侧的受压、受拉腹杆上。4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.2有限元计算结果图4.3 KK-Ov节点腹杆搭接顺序说明编号隐蔽焊缝焊接与否节点板设置方式节点承载力(kN)承载力提升加载方式1焊接无1312正对称2不焊无1206-8.1%3 、 、区域隐蔽焊缝焊接，区域不焊无1266-3.5%4、 、区域隐蔽焊缝焊接，区域不焊无1288-1.8%5 、 区域隐蔽焊缝焊接，、

39、区域不焊无1282-2.3%6焊接纵向插板(贯通)153216.8%7不焊接纵向插板(贯通)150314.6%8无横纵向插板(纵向插板不贯通)14268.7%9无横纵向插板(纵向插板贯通)156018.9%表 4.1 不同构造措施的节点有限元承载力计算结果4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.2有限元计算结果从表4.1可以看出：1.隐蔽焊缝对节点承载力的影响对于Ov型节点，隐蔽焊缝完全焊接(1#)相对于完全不焊(2#)在承载力上有较大的提高(8.7%)，而部分焊接3#、4#、5#的承载力则介于完全焊接与完全不焊之间。2.插板对节点承载力的影响(1)插板对于节点承载力都有较大幅度的提高，纵向

40、贯通插板的作用更为明显。纵向插板的设置效果，KK-OPOv型节点和KK-Ov型节点差异巨大，主要原因在于二者在破坏模式上存在本质区别，前者为CLD1破坏模式，后者为CLD3+BLB破坏模式。(2)纵向插板不贯通节点承载力低于贯通插板的节点，但具有施工方便的特点。(3)纵横向插板存在纵横向焊缝交叉的问题，横向不贯通插板对承载力影响不大。4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验4.3.1节点试件及节点几何参数面外、面内均搭接的空间KK型节点的破坏模式有3种，分别为CLD3+BLB(弦杆管壁塑性破坏且两受压腹杆之间的弦杆管壁内凹变形显著+腹杆局部屈曲破坏)、BLB(腹杆局部屈曲破坏)及

41、BY(腹杆轴向屈曲破坏)，其中 CLD3+BLB的破坏模式是该类节点最普遍的破坏模式，在的节点中，一般只发生CLD3+BLB破坏模式，试验所用节点满足该破坏模式的要求。1.试验所设计的9个节点试件，除了采用不同的构造措施，其余条件(钢管材料、几何参数、加载方式等)均保持相同。节点所用材料均为Q345B钢材，且不设偏心。节点试件编号见表4.2，其中隐蔽焊缝分区编号见图4.3；节点几何参数见表4.3，其中几何参数定义见图1.2。其中不贯通弦杆纵向插板几何参数：长600mm，高100mm，厚10mm；贯通弦杆纵向插板几何参数：长600mm，高425mm，厚10mm：4.KK-Ov型节点(面内面外均搭

42、接)4.3 节点试验4.3.1节点试件及节点几何参数编号隐蔽焊缝焊接与否节点板设置方式1焊接无2不焊无3 、 、区域隐蔽焊缝焊接，区域不焊无4、 、区域隐蔽焊缝焊接，区域不焊无5 、 区域隐蔽焊缝焊接，、区域不焊无6焊接纵向插板(贯通)7不焊接纵向插板(贯通)8无横纵向插板(纵向插板不贯通)9无横纵向插板(纵向插板贯通)表4.2 节点试件编号4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验表4.3 节点几何参数弦杆腹杆tOv325x10194x865600.59716.250.8-0.11629%图4.4 不带插板的5个节点三向片布置图(a) 弦杆三向片布置(b) 腹杆三向片布置(c)

43、实际贴片图4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验图4.5 Ov-ZTC-W(N)三向片布置图(a) 弦杆三向片布置(c) 腹杆三向片布置(b) 纵向插板三向片布置(d) 实际贴片图4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验图4.6 Ov-ZHC(ZHTC)三向片布置(a) 弦杆三向片布置(b) 纵向插板上三向片布置(d) 腹杆三向片布置(c) 横向插板上三向片布置4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验4.3.2 节点破坏现象及形态1.试件Ov-W图4.7 Ov-W搭接腹杆侧破坏图 图4.8 Ov-W贯通腹杆侧破坏图图4.9 Ov-W上侧区变形图弦杆受

44、压侧管面凸出受拉腹杆2近加载端弯曲搭接压杆局部屈曲弦杆受拉侧管壁凹陷受拉腹杆1弦杆凹凸变形破坏形态：为弦杆受拉侧管面凹陷，受压侧管面凸出(见图4.7、4.8及4.9)；受压搭接腹杆在近三集点区域出现明显的局部屈曲(见图4.7)；受压搭接腹杆近加载端的严重弯曲(见图4.8)。4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验4.3.2 节点破坏现象及形态2.试件Ov-N图4.10 Ov-N搭接腹杆侧破坏图 图4.11 Ov-N贯通腹杆侧破坏图图4.12 Ov-N下侧区破坏图破坏形态：为弦杆受拉侧管面凹陷，受压侧管面凸出(见图4.10)；两受压腹杆在近三集点区域出现局部屈曲(见图4.10、4.

45、11)；受压搭接腹杆与受拉腹杆间的连接焊缝被大面积拉裂(见图4.12)。搭接压杆局部屈曲弦杆凹凸变形贯通压杆局部屈曲焊缝开裂4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验4.3.2 节点破坏现象及形态3.试件Ov-PW1图4.13 Ov-PW1搭接腹杆侧破坏图 图4.14 Ov-PW1贯通腹杆侧破坏图图4.15 Ov-PW1下侧区破坏图图4.16 Ov-PW1上测区变形图破坏形态：弦杆受拉侧管面凹陷，受压侧管面凸出(见图4.13和图4.16)；两受压腹杆在近三集点区域出现局部屈曲(见图4.13及4.14)；受压腹杆与受拉腹杆间的连接焊缝被大面积拉裂(见图4.13、4.14及4.15)。

46、焊缝开裂弦杆凹凸变形搭接压杆局部屈曲贯通压杆局部屈曲焊缝拉脱弦杆凹凸变形4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验4.3.2 节点破坏现象及形态4.试件Ov-PW2图4.17 Ov-PW2搭接腹杆侧破坏图图4.18 Ov-PW2贯通腹杆侧破坏图图4.19 Ov-PW2下侧区破坏图图4.20 Ov-PW2上测区变形图破坏形态：弦杆受拉侧管面凹陷，受压侧管面凸出(见图4.18和图4.20)；两受压腹杆在近三集点区域出现局部屈曲(见图4.17及4.19)；受压搭接腹杆近加载端的严重弯曲(见图4.17)。弦杆凹凸变形贯通压杆局部屈曲弦杆凹凸变形搭接压杆局部屈曲近加载端弯曲弦杆凹凸变形贯通压

47、杆变形较小搭接压杆局部屈曲弦杆凹凸变形4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验4.3.2 节点破坏现象及形态5.试件Ov-PW3图4.21 Ov-PW3搭接腹杆侧破坏图图4.22 Ov-PW3贯通腹杆侧破坏图图4.23 Ov-PW3下侧区破坏图图4.24 Ov-PW3上测区变形图破坏形态：弦杆受拉侧管面凹陷，受压侧管面凸出(见图4.21和图4.22)；两受压腹杆在近三集点区域出现局部屈曲(见图4.21、4.22)；受拉腹杆2周围焊缝的多处断裂(见图4.21及4.23)。弦杆凹凸变形弦杆凹凸变形焊缝开裂搭接压杆局部屈曲贯通压杆局部屈曲焊缝开裂弦杆凹凸变形4.KK-Ov型节点(面内面

48、外均搭接)4.3 节点试验4.3.2 节点破坏现象及形态6.Ov-ZTC-W图4.25 Ov-ZTC-W受压腹杆3侧破坏图图4.26 Ov-ZTC-W受压腹杆4侧破坏图图4.27 Ov-ZTC-W下侧区变形图图4.28 Ov-ZTC-W上测区变形图图4.29 Ov-ZTC-W受拉腹杆2上加载端断裂破坏图破坏形态：弦杆侧面的凹凸变形已有所发展但程度不大(见图4.26)；受压腹杆4在近三集点处有轻微的局部屈曲现象(见图4.26)；受拉腹杆2在近加载端出现全截面断裂破坏(见图4.29)；其他杆件的变形均不明显，纵向贯通插板的变形也很小(见图3.26)。压杆4轻微的局部屈曲压杆3变形不显著弦杆凹凸变形

49、插板变形很小弦杆凹凸变形不显著拉杆2加劲肋处断裂4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验4.3.2 节点破坏现象及形态7.试件Ov-ZTC-N图4.30 Ov-ZTC-N受压腹杆3侧破坏图图4.31 Ov-ZTC-N受压腹杆4侧破坏图图4.32 Ov-ZTC-N下侧区变形图图4.33 Ov-ZTC-N上测区变形图图4.34 Ov-ZTC-N受拉腹杆2上加载端断裂破坏图弦杆侧面的凹凸变形有所发展但程度很小(见图4.31)；受压腹杆4在近三集点处有可观的局部屈曲现象(见图4.31)；受拉腹杆2在近加载端出现全截面断裂破坏(见图4.34)；其他杆件的变形均不明显，纵向贯通插板的变形也很

50、小(见图4.32)。压杆3变形不显著压杆4可观的局部屈曲弦杆凹凸变形插板变形很小弦杆凹凸变形不显著拉杆2加劲肋处断裂4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验4.3.2 节点破坏现象及形态8.试件Ov-ZHC图4.35 Ov-ZHC受压腹杆3侧破坏图图4.36 Ov-ZHC受压腹杆4侧破坏图图4.37 Ov-ZHC下侧区变形图图4.37 Ov-ZHC下侧区变形图破坏形态：弦杆受拉侧管面严重的凹陷(见图4.35、4.36)，受压侧管面凸出但程度不大(见图4.35)；受压腹杆3近横隔板处有可见的屈曲现象(见图4.35)；横隔板在其自身面外的弯曲变形较为显著(见图4.35)。弦杆凹凸变形弦杆管面严重凹陷压杆3局部屈曲横板面外弯曲焊缝开裂4.KK-Ov型节点(面内面外均搭接)4.3 节点试验4.3.2 节点破坏现象及形态9.试件Ov-ZHTC图4.39 Ov