方钢管环口包角加强节点的静动力性能与理论模型研究

钢管结构中，因焊接节点强度或刚度不足而需局部加强的问题普遍存在，但当前对钢管加强节点的理论研究和规范条文尚不完善，加强节点的工程应用缺乏指导依据。本研究提出了一种新型环口包角加强钢管节点，可同时加强主管的翼缘和腹板，具有拉压均衡、强度与延性俱佳、施工方便等优点。采用试验、数值计算和理论分析等方法，对环口包角、覆板及插板加强节点的静动力承载机理、破坏形态、耗能机制、理论模型等方面进行研究。首先，对方钢管加强节点的静力承载机理及与破坏形态进行研究，实测了加强节点在轴力、弯矩作用下的受力性能和破坏模式，并结合精细的有限元参数分析明确了节点几何参数及加强板构造参数对节点静力承载性能的影响规律，得到了影响加强节点静动力性能的关键参数，揭示了环口包角、覆板及插板加强方钢管节点的静力承载机理。其次，通过试验研究了加强节点受轴向往复、平面内弯曲往复作用下的全过程滞回性能，并探讨了影响节点抗震性能的关键参数，揭示了加强板与主管协同耗能的机制。最后，基于塑性铰线理论和板壳理论，建立了考虑加强板与主管共同作用的加强节点承载力理论模型和刚度模型，提出了方钢管加强节点的设计方法。研究结果表明，不同的加强板构造对节点的加强机理差异较大，环口包角和插板加强节点的承载力与延性均较好，覆板加强节点的承载力高但延性较差；影响加强节点受力性能的关键参数是支管主管宽度比和加强板厚度；考虑加强板屈服及其与主管相互作用的力学模型，可准确计算加强节点的承载力。本研究解决了加强板与主管间的荷载传递、刚度匹配、相互作用等关键问题，研究方法及成果具有较好的科学意义，提出的力学模型为新建或已有方钢管结构的节点加强提供了理论基础和依据。

随着近年来钢管结构的大量应用，焊接节点因强度或刚度不足而需局部加强的问题凸显，但当前关于方钢管加强节点的理论研究和规范条文尚不完善，给加强节点的工程应用埋下隐患。与垫板加强相比，新型环口包角节点能同时加强主管的翼缘和腹板，具有拉压均衡、强度与延性俱佳、施工方便等优点。基于试验和数值计算，明确节点几何参数及环口包角板构造参数对加强节点静力性能的影响规律，探求环口包角板与主管间的荷载传递及相互约束机制，揭示环口包角加强节点的静力承载机理；基于塑性铰线和板壳理论分析，建立考虑板-管共同作用的节点承载力理论模型；通过往复荷载下环口包角板与主管间的接触-分离全过程分析，揭示环口包角板与主管的协同耗能机制，建立考虑损伤和共同作用的节点恢复力曲线模型。通过本项目的研究，可望建立方钢管环口包角加强节点的静动力理论模型，提出环口包角加强方钢管节点的设计方法，为新建或已有方钢管节点的加强提供理论依据。

摩擦力的大小与罗拉的直径成正比。如果两根罗拉的直径相差一倍，那么，同样包角情况下，纱线的接触面积也相差一倍。也就是说，对于小直径罗拉（例如周长为25cm）如果包角为90度，那么对于大直径罗拉（例如周长为50cm），如果要维持相同的摩擦力，那么包角就只要45度就够了。如果此种情况下，仍然维持与小直径罗拉相同的包角大小，那么会使得纱线在罗拉表面的张力增加一倍。

结论：

1、对于GE210，相对GE209等小罗拉机器比较，伺服罗拉上纱线的包角应该调整得相对小一些，否则会引起过大的摩擦力，从而影响纱线的张力过大。

2、相同包角情况下，由于大直径罗拉具有更大的张力，所以伺服罗拉与纱线之间的打滑影响小，从而保证了更加精确的拷贝效果。

3、纱线实际张力的大小，不仅取决于速度差（反映在GE210上是硬度参数），而且与纱线的包角大小有关。

4、合适的包角大小取决于纱线的品种，以工艺对纱线的张力要求为准进行调整。 2100433B