阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型节点足尺模型疲劳性能研究

作     者：吴庆雄 郑樵风 陈康明 中村聖三 吴志添 Wu Qingxiong;Zheng Qiaofeng;Chen Kangming;Shozo Nakamura;Wu Zhitian

作者机构：福州大学土木工程学院福建福州350116 福州大学福建省土木工程多灾害防治重点实验室福建福州350116 福州大学工程结构福建省高校重点实验室福建福州350116 长崎大学日本长崎852-8521 

出 版 物：《土木工程学报》 (China Civil Engineering Journal)

年 卷 期：2022年第55卷第2期

页      面：31-49,72页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

基　　金：国家重点研发计划(2017YFE0130300) 国家自然科学基金(52078137) 福建省自然科学基金杰青项目(2019J06009) 福州市科技局产学研项目(2020-GX-27)。 

主　　题：钢管混凝土K型节点 栓钉 疲劳性能试验 热点应力 应力集中系数 疲劳寿命 

摘      要：为研究阵列式布设内栓钉的钢管混凝土K型(CFST KS)节点疲劳性能,进行CFST KS节点和不布设内栓钉的钢管混凝土K型节点(CFST K)足尺模型的疲劳试验和有限元研究,对比分析了2种节点的热点应力分布、疲劳裂纹扩展过程和疲劳破坏模式,研究了内栓钉布设区域与排布方式对热点应力的影响,采用基于热点应力的S-N曲线探讨疲劳寿命的判定标准与疲劳寿命评价方法。结果表明:CFST KS节点的热点应力宜采用3点外插法计算,最大热点应力位于冠点处;CFST KS节点的疲劳性能演化过程可以分为疲劳裂纹的萌生、扩展和破坏三个阶段,CFST KS节点较CFST K节点在裂纹扩展阶段荷载反复次数更高,在裂纹破坏阶段疲劳裂纹的扩展速率更低,由于布设了内栓钉,疲劳裂纹扩展至鞍点附近后不再继续沿着相贯线方向扩展,而往主管环向且与主管轴线呈一定角度发展;建议采用CFST K节点冠点应变峰值变化15%对应的荷载反复次数作为疲劳破坏的判定基准;提出了基于热点应力的CFST K节点疲劳设计S-N曲线,并依据S-N曲线预测在同等热点应力幅下,布设内栓钉可以使CFST K节点的疲劳寿命提高45%;减少支管侧内栓钉的轴向间距和径向间距可以提高节点的疲劳性能,非支管侧的栓钉布置、栓钉的尺寸以及栓钉的轴向布置范围对疲劳性能的影响较小,栓钉的轴向布置范围对栓钉自身的受力状态有所影响;基于CFST KS节点静力与疲劳性能提出了内栓钉的合理布置形式。