考虑弯曲应力占比的矩形钢管K型节点的疲劳评估

作者：赵瑞; 刘永健; 姜磊; 傅一晟; 赵亚东; 赵鑫东

来源：建筑科学与工程学报, 2022, 1-11.

• 疲劳评估
• 矩形空管K型节点
• 弯曲应力占比
• 有限元分析
• 断裂力学法

要提高S-N曲线法与断裂力学法等疲劳评估方法的准确性，应考虑沿钢管壁厚的应力分布，其可用弯曲应力占比来表示。因此，本文探讨了矩形钢管K型节点在支管拉压平衡荷载作用下，弯曲应力占比的计算。首先，提出了矩形钢管K型节点有限元模型并结合试验进行了验证。其次，通过大量的参数分析，给出了节点几何参数对弯曲应力占比的影响。最后，通过多元非线性回归分析推导出弯曲应力占比的计算公式及考虑工程实际应用偏安全的修正公式，给出了基于断裂力学法的矩形钢管K型节点断裂评估算例。结果表明：建立的模型与试验值对比，其平均值μ=1.051， 均方差σ=0.167，两者最大差值仅为7.5%，说明建立的有限元模型可靠；弯曲应力占比与β、2γ、τ呈负相关，与θ呈正相关；提出的弯曲应力占比计算公式与有限元计算结果进行对比，其均值μ=1.073，均方差σ=0.055，变异系数σ/μ=0.051，相对差值在10%之内，说明拟合的公式可靠；考虑实际工程偏安全应用，在99.73%的保证率下提出乘以0.93倍的安全系数对弯曲应力占比计算公式进行修正；采用断裂力学评估法，对含有缺陷的矩形钢管K型节点剩余疲劳寿命进行评估发现，当热点应力相近时，弯曲应力占比降低39.3%时，疲劳寿命会降低10%，膜应力变大时会导致其裂纹尖端具有更大的应力强度因子而加快了裂纹扩展的速率。

• 出版日期2022-4-19
• 单位公路学院; 长安大学