焊接管节点疲劳研究综述

为加深对焊接管节点疲劳问题的认识,对焊接管节点名义应力法、热点应力法、切口应力法和断裂力学法4种常用疲劳评估方法应用现状和存在问题进行介绍,从疲劳效应（热点应力集中系数）和抗力（热点应力幅S N曲线）2个方面对首推的热点应力法研究现状进行总结,探讨了管节点结构形式的发展趋势。结果表明:焊接管节点常用四大疲劳评估方法中名义应力法应用最广,但过于保守,热点应力法最被推崇,但仍有待进一步完善,切口应力法实施难度大,尚未在规范中使用,断裂力学法则适用于剩余疲劳寿命评估;对于传统的圆形和矩形钢管节点,已形成了较为系统的热点应力评估方法,对热点应力集中系数最大值可能发生位置、外推区域、热点应力集中系数计算公式、壁厚效应修正系数等方面进行了明确的规定;在传统的圆钢管和矩形钢管节点基础上,创新节点形式,提出了钢管混凝土节点、PBL加劲型钢管混凝土节点、圆管 方管节点和鸟嘴式节点,对比传统钢管节点,钢管混凝土节点热点应力集中系数降幅在25%以上,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点降幅在50%以上,圆管 方管节点和鸟嘴式节点降幅则介于圆形钢管和矩形钢管节点之间。     

焊接管节点结构形式发展及疲劳性能对比

为研究不同类型焊接管节点疲劳性能差异,梳理焊接管节点结构形式发展和构造创新,总结各类节点热点应力集中系数静力试验和疲劳试验成果,回归分析给出各类节点用于疲劳设计的热点应力幅-循环次数(S_h-N)曲线,并从热点应力幅曲线和热点应力集中系数两方面,对比各类节点疲劳性能差异。结果表明:对于S_h-N曲线,当钢管板厚t≤4 mm时,焊缝缺陷成为影响疲劳强度的主要因素,使得疲劳强度显著降低;现行规范中,CIDECT规范(Design guide No.8)的S_h-N曲线对各类节点设计均偏于危险,DNV-RP-C203的S_h-N曲线可适用于方形鸟嘴式钢管节点和钻石形鸟嘴式钢管节点疲劳设计,但对于其他节点设计偏危险;API RP 2A-WSD中的X’曲线的疲劳强度低于X曲线的,X’曲线适用于鸟嘴式节点和传统的圆形、矩形钢管节点及相应的主管内填混凝土节点设计,X曲线对任何节点设计均偏危险;在相同的几何参数β、2γ和τ(β、2γ、τ分别为支主管宽度比、主管宽厚比及支主管厚度比)下,各类节点的疲劳性能优劣顺序为,圆形钢管混凝土节点、圆形钢管节点、矩形钢管混凝土节点、矩形钢管节点;圆管-矩形钢管混凝土节点疲劳性能略优于矩形钢管节点的疲劳性能,圆管-矩形钢管节点疲劳性能劣于矩形钢管节点的疲劳性能;当β≤0.7时,建议采用方形鸟嘴式钢管节点和钻石形鸟嘴式钢管节点。     

矩形钢管混凝土桁架节点应力集中特性试验研究

为研究矩形钢管混凝土桁梁桥节点的疲劳性能,开展两榀矩形钢管混凝土组合桁架节段三点弯曲试验,对试件中的K形节点应力集中系数进行测试和分析,同时,基于试验结果,对既有K形节点应力集中系数计算公式的适用性进行分析。结果表明：相比普通钢筋混凝土桥面板和传统剪力钉的构造措施,采用预应力混凝土桥面板和局部释放剪切作用的剪力钉可提高混凝土桥面板开裂荷载,但是对于桁梁承载力基本没影响;两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点腹杆表面热点应力水平基本相当,最大值均发生在受拉腹杆焊趾侧处,由于桥面板和剪力钉构造区别,两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点弦杆表面热点应力值不同,最大值分别发生在受拉腹杆焊趾侧处;既有K形节点应力集中系数参数计算公式适用性分析表明,Mang等建议公式计算结果偏危险,Soh等建议公式和CIDECT建议公式计算结果偏保守,Puthli等建议公式计算得到的受拉腹杆最大应力集中系数偏保守,计算得到的受压腹杆和弦杆应力集中系数偏危险,Jiang等所提建议公式计算结果与试验结果吻合最好。     

基于热点应力法的钢管混凝土焊接节点疲劳构造细节比较

以钢管混凝土组合桁梁桥为研究对象,总结给出基于热点应力法的节点疲劳评估流程,并对其疲劳构造细节进行研究。结果表明:在矩形空管等宽节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低10.86%和26.51%,节点疲劳寿命提高3.78倍; 在圆形空管节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低13.88%和16.39%,节点疲劳寿命提高2.11倍; 在主方支圆空管节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低20.06%和29.81%,节点疲劳寿命提高1.92倍; 此外,对于矩形钢管混凝土节点,先后在主管内壁设置PBL加劲肋和腹板采用整体节点板,支管表面最大热点应力幅分别继续下降12.11%和29.20%,主管表面最大热点应力幅分别继续下降8.81%和15.64%,由此可知,改变矩形空管节点的构造细节,可以使焊趾处的应力分布趋于均匀,疲劳寿命得到显著提高; 同时,在确保各类节点几何尺寸基本相当的前提下,研究得到各类节点疲劳性能优劣次序为PBL加劲型矩形钢管混凝土焊接整体节点、PBL加劲型矩形钢管混凝土等宽节点、矩形钢管混凝土等宽节点、矩形空管等宽节点、圆形钢管混凝土节点、圆形空管节点、主方支圆钢管混凝土节点、主方支圆空管节点。     

钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能试验

为研究钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能,对其进行疲劳试验,并与钢管K形节点疲劳性能进行比较,通过对比分析得到钢管混凝土K形节点热点应力分布规律、疲劳性能演化和疲劳破坏形式,并探讨钢管混凝土K形节点疲劳寿命评价方法。结果表明：钢管混凝土K形节点与钢管K形节点最大热点应力的位置均位于受拉支管与主管相贯焊缝主管侧冠点处,钢管混凝土K形节点的应力集中系数约可降低至钢管K形节点的58%,且热点应力宜采用二次外推方式;两者疲劳性能演化过程均可分为疲劳裂纹萌生、扩展和破坏三个阶段,钢管混凝土K形节点在扩展和破坏阶段分别以沿主管壁厚方向和相贯焊缝长度方向扩展为主,与钢管K形节点主要扩展方向相反;两者疲劳裂纹均属于张开型Ⅰ裂纹,钢管混凝土K形节点疲劳裂纹断口沿壁厚方向呈“呲牙”状,且疲劳裂纹扩展路径较长。钢管混凝土K形节点抗疲劳性能明显优于钢管K形节点的最主要原因在于,管内混凝土的约束作用提高了钢管混凝土K形节点主管的径向刚度,钢管混凝土K形节点的压陷和外凸变形远小于钢管K形节点。基于一点法原则建立的钢管混凝土K形节点疲劳设计S-N曲线具有较高精度。     

十字板+圆钢管-焊接空心球节点静力性能理论及试验研究

十字板+圆钢管-焊接空心球节点(简称"板+管-球"节点)作为网架结构设置悬挂吊车常见的吊点形式之一,其应力分布直接关系到节点的静力性能和疲劳性能。基于ABAQUS有限元分析软件针对8种不同规格的"板+管-球"节点进行数值模拟,得到该类节点的应力分布规律和热点应力集中系数;选取代表性节点(BGQ4节点)进行静力试验,同时采用直观分析法探讨9种因素对节点热点应力集中系数的影响,得出其相关的应力集中系数计算公式。研究结果表明:理论分析和试验研究对应的节点应力分布规律基本吻合;十字板和焊接空心球相贯部位板肋自由端焊缝球面焊趾处为最不利位置,即热点所在;热点应力集中系数影响因素中球壁厚、球外径、十字板宽、十字板厚为主要因素,其中空心球壁厚对应力集中的影响最为显著,其余5种因素为次要因素。     

环口板加固T型圆钢管节点的应力集中系数

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象.局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏.在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅（S-N曲线方法）确定其疲劳寿命.在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围...     

十字形板-焊接空心球节点热点应力集中的有限元分析及试验研究

十字形板-焊接空心球节点作为网架结构设置悬挂吊车常见的吊点形式之一,其节点的热点应力集中程度直接关系到其疲劳性能。基于ANSYS有限元分析和节点静力试验,重点针对该类节点中热点位置和应力状态进行分析;采用多因素分析法对以5种因素匹配而成的21个节点模型进行模拟。静力试验和有限元分析结果表明:节点板肋端部焊缝焊趾球面处为最不利位置,即节点热点;节点热点处径向应力远大于环向应力,两者相差1.5~3.3倍;焊接空心球直径、十字形板厚与节点热点应力正线性相关,其余3种因素与其热点应力负线性相关;基于上述5种因素,初步建立了该类节点热点应力集中系数的计算式。     

不同焊接构造的铸钢节点环形对接焊缝的热点应力分析

铸钢节点与主体构件的环形对接焊缝处存在材料差异、几何差异和焊接残余应力,因此环形对接焊缝是铸钢节点疲劳破坏的重要研究对象。目前,国内对铸钢节点焊缝疲劳问题的研究比较缺乏,传统名义应力方法并不适用于铸钢节点。采用热点应力方法对铸钢节点环形对接焊缝的疲劳问题进行探究,比较4种热点应力外推方法的计算结果。为减小铸钢节点与主体构件不等壁厚对接焊缝产生的应力集中对疲劳性能的影响,分析对比了3种不同的焊接构造,并分别研究在壁厚t、径厚比d/t、壁厚比T/t三种参数影响下的热点应力变化规律。     

钢管混凝土拱桥管节点有限元分析

钢管混凝土桁架拱桥中多采用主支管直接相贯焊接的节点构造型式。管节点连接处几何形状突变,应力集中明显,使节点成为整个结构的薄弱环节。基于此,采用ANSYS,选取四管桁架拱桥中的三种典型节点构造,利用圣维楠原理分别考虑弦杆与腹杆夹角、主支管管径比、主支管管壁厚比三个参数的影响,对节点进行局部受力分析,考察其对节点构件应力的影响。