正对称Pratt桁架直腹杆受压大偏心N型圆钢管节点静力性能实验研究

EXPERIMENTAL RESEARCH ON STATIC BEHAVIOR OF BIG ECCENTRIC CIRCULAR HOLLOW SECTION N-JOINTS WITH
VERTICAL BRACE UNDER COMPRESSION IN SYMMETRICAL PRATT TURSS
正对称Pratt桁架N型节点
图 1 正对称 Pratt 桁架中的 N 型节点 Fig.1 N-joints in symmetrical Pratt truss
中国规范[4]和欧洲[5]规范都规定钢管节点偏心 率在−0.55<e/D<0.25 的范围时，在计算节点极限承 载力时可以忽略节点偏心引起的附加弯矩的影响。 可是在某些腹杆相对弦杆直径较大的情况下为了 避免部分搭接而形成的完全搭接节点或者间隙节 点导致的偏心率会超过规范限制而形成大偏心 N 型圆钢管节点，其中直腹杆受压且斜腹杆受拉，如 图 2 所示。
N2
e/D<-0.55 e/D>0.25
d2 t2
N2
d2 t2
e/D<-0.55 e/D>0.25
1
N
d1
t1
直腹杆 斜腹杆
N 1
直腹杆 斜腹杆
d1 t1
¦Θ
e<0 D
¦Θ
T
T
a>0
D
e>0
a<0
弦杆
பைடு நூலகம்
弦杆
(a) 负偏心
(b) 正偏心
图 2 直腹杆受压大偏心 N 型圆钢管节点示意图 Fig.2 Big eccentric circular hollow section N-joints with
刘飞飞(1986―)，男，湖北十堰人，硕士生，从事钢结构方面研究(E-mail: chenyuelite@).
工程力学
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experimental results and neither is conservative. For the N-joint where the two diagonal bars are well apart, it can be treated as two Y-joints. Key words: symmetrical Pratt truss; vertical brace under compression; big eccentric circular hollow section
(华侨大学土木工程学院，福建，泉州 362021)
摘 要：对在正对称 Pratt 桁架中出现的直腹杆受压大偏心 N 型圆钢管节点的静力性能进行了单调加载的实验研 究。实施了 4 个负向大偏心、4 个正向大偏心和 1 个无偏心直腹杆受压 N 型圆钢管节点实验。该文介绍了节点实 验方案，考察了直腹杆受压大偏心圆钢管节点破坏现象，给出了竖向荷载-端位移曲线以及应变强度分布曲线，并 将偏心率对节点极限承载力、刚度和延性的影响进行了讨论。实验研究结果表明：节点实验值基本接近刚接理论 值，节点可以按照刚接节点处理；节点由负向大偏心过渡到正向大偏心率为 0.25 过程中，随着偏心率的增大极限 承载力逐渐增大，在偏心率为 0.25 时节点的极限承载力达到最大，随着节点偏心率从 0.25 增加到 1.00，节点极 限承载力又逐渐减小；不论中国还是欧洲规范在负向大偏心时计算值均为一固定值与实验结果完全不符，且其计 算结果偏于不安全；节点变为正向大偏心后由于两腹杆之间间隙较大，N 型节点就逐步过渡到单独的两个 Y 型节 点，节点形式的彻底变化导致两规范值小于实验值。 关键词：正对称 Pratt 桁架；直腹杆受压；大偏心 N 型圆钢管节点；静力性能；实验研究；极限承载力 中图分类号：TU392.3 文献标志码：A
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收稿日期：2011-01-23；修改日期：2011-03-12 基金项目：国家自然科学基金项目(51008133)；福建省自然科学基金计划项目(2010J01299)；大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室基金项
目(LP0705)；桥梁结构工程交通行业重点实验室开放基金项目(CQSLBF-Z07-1)；泉州市第一批技术研究与开发项目(重点项目)(2009Z48) 作者简介：*陈 誉(1978―)，男，湖北荆州人，副教授，博士，硕导，从事钢结构和组合结构方面研究(E-mail: kinkingingin@)；
355
弦杆 1
3.09
360
弦杆 2
2.99
3.01
370
350
弦杆 3
2.95
320
1.2 加载装置设计 本次实验利用实验室中现有的梯形反力桁架
作为反力装置。试件斜腹杆和弦杆的端部通过采用 剪力销实现的拉压铰连接在反力桁架上。实验时通 过油压千斤顶由下向上在直腹杆中施加轴向压力， 使两个腹杆分别受压和受拉。试件加载装置如图 3 所示。
*CHEN Yu , LIU Fei-fei
(College of Civil Engineering, Huaqiao University, Quanzhou, Fujian 362021, China)
Abstract: To study the static behavior of big eccentric circular hollow section N-joints with vertical braces under compression in a symmetrical Pratt truss, four big negative eccentric specimens, four big positive eccentric specimens and one non-eccentric specimen were tested under monotonic loading. The test procedure, joint failure phenomenon, vertical jacket load-displacement curves and strain distribution curves were presented in the paper. The effect of eccentricity on ultimate capacity, stiffness and ductility of the joints was also studied. A comparison between experimental and theoretical results shows that big eccentric CHS N-joints can be regarded as rigid connection. When joint eccentricity is negative or is less than 0.25, the ultimate capacity of joints increases with the eccentricity, then it decreases when the eccentricity is between 0.25 and 1.0. As for the ultimate capacity of joints with large negative eccentricity, neither Chinese code nor Euro code yields results agreeing well with
正式实验前在同批钢管管材上取样实施材料 性能实验以及测量钢管实际壁厚，具体测量结果如 表 2。
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工程力学
表 1 节点几何参数一览表 Table 1 Geometric parameters of big eccentric CHS N-joints
试件 编号
FP1 FP2 FP3 FP4 WP ZP6 ZP7 ZP8 ZP9
第 28 卷第 11 期 Vol.28 No.11
工程力学
2011 年 11 月 Nov. 2011
ENGINEERING MECHANICS
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文章编号：1000-4750(2011)11-0170-08
正对称 Pratt 桁架直腹杆受压大偏心 N 型 圆钢管节点静力性能实验研究
*陈 誉，刘飞飞
直腹杆受压大偏心 N 型圆钢管节点受力性能 和设计方法成为急需解决的问题，也成为钢管节点 研究的一个重要课题。本文对直腹杆受压大偏心情 况下 N 型圆钢管节点受力性能进行了系统的实验 研究和理论分析。
1 实验方案
1.1 实验内容 本课题的研究对象为不同偏心率下平面 N 型
节点，实验共设计 9 个直腹杆受压 N 型圆钢管节点 试件，管材均为 Q235 钢材，其中 4 个负偏心圆钢 管节点 FP1~FP4，4 个正偏心圆钢管节点 ZP6~ZP9， 1 个 无 偏 心 圆 钢 管 节 点 WP ， 弦 杆 尺 寸 均 为 140mm×4mm，斜腹杆与弦杆之间的夹角均为 45°。 节点试件编号及参数见表 1。在实验中追踪测量了 各级荷载下节点处的应力-应变分布、试件整体变 形，观察了节点破坏现象，并据此给出了节点的极 限承载力。
vertical brace under compression
对小偏心或者无偏心平面 N 型圆钢管节点静 力性能的研究，国内外的学者已经做了许多研究工 作，也取得了一定的研究成果。国内外规范中只是
将 N 型节点其归结为 K 型节点来进行承载力的计 算。文献[6]对两个承受支管轴力和主管轴力的搭接 N 型方圆钢管贯节点进行足尺实验研究，指出主管 轴力对节点极限承载力影响较大，规范公式因未考 虑主管轴力的影响，其计算结果偏于不安全。文 献[7]对 N 型圆管平面相贯节点进行循环加载的拟 静力实验，能量分析表明 N 型节点受压半周的耗能 能力强于受拉半周，节点在循环荷载作用下均具有 良好的塑性变形能力。文献[8]对承受支管轴力和主 管轴力的 N 型圆钢管相贯节点试件进行了实验研 究，给出了节点的破坏模式、受压支管荷载-主管管 壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载 力，运用有限元方法对实验节点进行了非线性分析 并与实验结果进行了比较。目前的国内外规范以及 文献均针对小偏心或者无偏心平面 N 圆钢管节点， 而大偏心 N 型节点受力性能研究鲜有报道。