随着中国经济的飞速发展和人民生活水平的改善与提高,以及国家对机场、体育场、桥梁等大型基础设施的投资建设的重视,近二三十年来,钢结构在建筑行业得到了广泛的运用,尤其是管桁架结构在大跨度空间结构中占据了主导地位[1].钢管主要分为圆管和方(矩)管.管桁架结构越来越多地运用于大跨度建筑结构中,甚至在一些商业办公楼和住宅建筑中也出现了管桁架结构.这要归功于钢管结构的诸多优点：外表美观、轻质高强,管材的截面几何特性良好、抗扭性能好、抗弯刚度大等.节点设计对优越的管桁架结构至关重要,国内对管桁架节点设计与性能分析做了大量研究[2].管桁架结构节点的连接与一般桁架节点的连接不同,管桁架结构在节点处采用杆件直接焊接的相贯节点[3].此类相贯节点具有流畅的线条和美观的外型,能够满足建筑物外观的要求.相贯节点按照杆件的空间位置可分为平面节点和空间节点.平面节点所有杆件的轴线都处于同一平面,空间节点杆件轴线不处于同一平面.目前,国内常见的平面节点的基本形式有：X型、K型、N型、Y型和T型.国内常见的空间节点的基本形式有：KT型、XX型、TT型和KK型[4].按照支管端部在节点部位的连接情况，可将节点分为间隙节点和搭接节点[5].除了对节点的形状设计和搭接关系已有了大量的研究以外,国内研究人员[6-7]对节点的承载力也做了不少的研究,并且分析了不同形状与不同搭接关系的节点的受力性能.

优秀的方案设计和新颖的节点构造要最终通过现场施工得以实现，但是由于施工现场环境的复杂性和施工技术的局限性,使得结构在施工过程中出现难免的或者偶然的误差.当结构在施工过程中出现了施工误差,影响了结构的受力性能,就需要对结构进行加固处理.目前,钢结构连接节点的加固方法主要有贴板加强、粘钢加固、外包钢加固、碳纤维布加固[8-9]等.

本次研究以某工程钢结构罩棚管桁架结构节点为研究背景,分析方钢管桁架垂直相贯节点的受力性能.此工程施工过程当中的方钢管桁架垂直相贯节点,现场节点焊接连接时出现了对接误差,造成连接区域焊缝长度不足,出现了局部应力集中现象,导致承载力减弱.因此，对缺陷节点、无缺陷节点和加固补强后的节点分别进行极限承载力分析,获得缺陷节点的破坏模式与不同加固方案下的节点极限承载力，并与无缺陷节点对比分析,制定出最优加固方案.研究结果为该工程的安全可靠性维护及正常使用提供了技术支撑.此研究方法可为将来类似缺陷节点的现场加固技术提供参考.

1 节点设计

图1为现场缺陷节点图.根据现场实际工程,选取节点如图2所示.此节点类型是由支管②搭接到主管①上形成平面T型节点,腹管③搭接到支管②上形成平面V型节点,再由平面T型节点与平面V型节点组合形成一种方钢管桁架垂直相贯节点.此类节点的承载力研究在国内外较少.每根杆件均为方形钢管,截面尺寸见表1.

  

图1 现场缺陷节点Fig.1 On-site defective node

  

图2 节点模型Fig.2 Node model

 

表1 杆件参数

 

Tab.1 Pole parameters

  

杆件编号杆件名称杆件截面(方管)边长/mm厚度/mm杆件长度/mm①主管22082000②支管20081000③腹管1506900

图2a是个别缺陷节点模型图.桁架节点在现场焊接拼装的时候由于定位误差,导致主管和支管搭接错位.搭接面积只有支管截面面积的1/2,造成连接区域焊缝长度不足,出现了应力集中现象,削弱了节点的承载能力,危及到结构的安全使用.根据此类节点的传力途径与现场实际情况，对此节点进行加固补强.图2b～图2d是对此节点进行加固补强的3种不同方案：图2b的加固方式是在支管②端部加1块矩形封板,然后再在封板上加1块等腰直角三角形顶板,通过封板与顶板把主管①与支管②连接成整体,形成一个完整的节点.图2c的加固方式是在封板两端加2块顶板；图2d的加固方式是等间距加3块顶板.矩形封板的长度为200 mm,宽度为122 mm,厚度为8 mm.等腰三角形顶板的直角边长为122 mm,厚度为8 mm.图2e是无缺陷节点的模型,以此作为对比标准进行缺陷节点的加固方案设计与承载力分析.

2 有限元模型的建立

2.1 单元选取及材料属性

可这湿漉漉的雨下个没完没了。叶晓晓也渐渐觉得冷了，她的头发和裙子刚才汗湿了，现在凉凉地贴在背上，极不舒服。她想了想，反正夏天也看不见，不如去冲个澡吧。想着，她随便抓了件睡衣，就去卫生间冲了个澡。

2.2 网格划分

考虑实际的工程要求和节点的受力状态,并参考国内有关资料[12-14],建立如图3所示的边界条件.为了研究节点缺陷部位和加固部位弹塑性分析的全过程,结合实际工程中这类节点中的杆件主要以轴力为主的特征,弦杆两端设定为固定支座；支杆和腹杆端部边界为滑动铰支座,仅约束其径向位移和环向位移.节点的加载方式如图3所示,在支管端部施加沿轴向的集中荷载压力,在腹管端部施加沿轴向的集中荷载拉力.为了消除端部加载条件对节点区域的影响,主管的计算长度取6倍的主方管截面边长；支管和腹管的计算长度取3～5倍的各自杆件截面边长.具体尺寸见表1.

2.3 边界条件及加载方式

对缺陷节点、无缺陷节点和3种加固节点进行网格划分.ANSYS有限元软件对方管节点进行网格划分时,网格的细密程度对节点的极限承载力有一定的影响.网格划分太密,虽然满足精度,但会耗费太多时间以及占用大量磁盘空间；若太稀疏,则不满足精度要求.网格的大小应根据节点模型尺寸、加载方式、边界条件及应力梯度来划分.此次采用体映射网格划分法,运用非结构化四面体网格划分节点,网格尺寸选取45.

  

图3 边界条件示意图Fig.3 Schematic diagram of boundary condition

3 节点分析

3.1 应力分析

完善法律环境的构建是行政事业单位开展财务管理工作的核心，也是提升工作效率的关键。所以，在这一阶段的工作当中，法律政策的支持具有核心的作用。相比于其它国家，我国在这一方面的研究起步时间较晚，政策制度中也存在着一定的缺陷。例如《会计法》为主的法律法规也在长期的发展过程中进行了优化和调整，旨在快速跟随社会发展的脚步，在法律制度与法律环境保障方面进行完善。结果表明，法律政策的调整重点应放在政策执行方面，对于一些违法行为的处罚力度应该更加严厉。例如我国曾经出现过的贫困县财政补助款的私吞情况，就需要进行更严厉的控制，对于政府财政拨款与事业收款方面需要更加明确，发挥法律制度的约束作用。

从图4a缺陷节点应力云图可以得出,当荷载为极限承载力的40%时,最大应力为213 MPa,节点应力主要集中在矩形相贯线处.当荷载增大到极限承载力的70%时,最大应力达到348 MPa,主管与支管相贯线处的部分区域的材料进入塑性发展状态,塑性区域出现在主管上.当荷载达到极限承载力时,节点主管上部分塑性区不断增大,应力重新分布,塑性区向四周扩散.直到矩形主管上有一横截面全部进入塑性区,发生管壁塑性破坏,不能够承受节点荷载.

为了研究节点的极限承载力,首先计算出缺陷节点、无缺陷节点和不同加固方式下的节点的临界荷载作为参考,进行非线性屈曲分析.得出缺陷节点的极限承载力为790.2 kN；1块顶板加固方案下的节点极限承载力为1 024.3 kN；2块顶板加固方案下的节点极限承载力为1 604.9 kN；3块顶板加固方案下节点极限承载力为1 718.3 kN；无缺陷节点的极限承载力为1 897.4 kN.图4a～4e分别为缺陷节点、1块顶板加固节点、2块顶板加固节点、3块顶板加固节点和无缺陷节点分别在承载力为极限荷载的40%、极限荷载的70%和极限荷载作用下的应力云图.通过应力和塑性发展区域的分析,获得节点的破坏模式.

热情是学习的动力之源，跨境电商可以很好地调动学生自主创业的激情。学校可以组织学生在教师的指导下，创立个人小微企业，寻找本地货源，通过跨境电商平台在网上寻找客户进行销售，一旦达成交易赚取利润，则可以极大地激发学生的创业激情，使其自觉地投入跨境电商实践中锻炼自己的实践技能。与此同时，学校还可以积极地组织学生参加各个层次的跨境电商创新创业大赛，根据学生所代理的企业店铺运营情况的好坏来衡量学生的实践技能水平。通过参加该类型的比赛也可以让学生比较直观地体验到跨境电商工作流程，并帮助他们认清自己的不足之处，从而达到以赛促学的效果。

  

图4 节点应力云图Fig.4 Nephogram of stress at node

图6为在分级加载情况下的缺陷节点、无缺陷节点和不同加固方案下的荷载-位移曲线对比图,图中Fq表示缺陷节点的荷载-位移曲线；F1、F2、F3分别表示1块、2块、3块顶板加固下的节点荷载-位移曲线.对比图6a和图6b可以看出,缺陷节点和1块顶板加固下节点的曲线斜率较小,即随着荷载的增大,缺陷节点的位移增长速度最快,也就是此节点的刚度最小.2块顶板加固节点、3块顶板加固节点和无缺陷节点下的曲线斜率较大,即随着位移的增大,2块和3块顶板加固方案下节点的位移增长速度较慢,也就是此类节点的刚度较大.

从图4e无缺陷节点应力云图可以得出,当荷载为极限承载力的40%时,最大应力为168 MPa,节点应力主要集中在两管搭接的两拐点处.当荷载增大到极限承载力的70%时,最大应力达到349 MPa,主管与支管相贯线附近塑性区域沿着主管轴线方向发展并进入屈服状态.当荷载达到极限承载力时,最大应力为397 MPa.节点主管上部分塑性区沿着主管横向不断增大,应力重新分布,直到矩形主管上有一横截面全部进入塑性区,发生管壁塑性破坏,不能够承受节点荷载.

3.2 承载力分析

表2～6是缺陷节点、每种加固方案下的节点和无缺陷节点对应的位移-荷载变化值.图5是缺陷节点、无缺陷节点和不同加固方案下的节点在不同承载力作用下的荷载位移曲线,其中,图例40%、70%和100%表示施加荷载与极限承载力的关系.通过分析每个加固节点的荷载变化范围,并与无缺陷节点对比,得出最优加固方案.

 

表2 缺陷节点荷载-位移值

 

Tab.2 Load vs displacement value of defective node

  

位移/mm荷载/kN位移/mm荷载/kN0．130．260．461．192．493．1419．7439．50113．68183．45280．05379．903．795．096．397．047．698．34477．11563．28635．15689．30752．66790．20

 

表3 1块顶板加固节点荷载-位移值

 

Tab.3 Load vs displacement value of reinforced node with one piece of steel plate

  

位移/mm荷载/kN位移/mm荷载/kN0．130．260．461．192．493．1428．03159．03258．34503．56701．39800．293．795．096．397．047．698．34859．34951．601021．801032．501032．101024．30

 

表4 2块顶板加固节点荷载-位移值

 

Tab.4 Load vs displacement value of reinforced node with two pieces of steel plate

  

位移/mm荷载/kN位移/mm荷载/kN0．220．440．771．272．013．1152．72220．29400．89603．27820．321102．504．215．316．417．518．619．711131．81482．71560．31576．81556．31554．9

 

表5 3块顶板加固节点荷载-位移值

 

Tab.5 Load vs displacement value of reinforced node with three pieces of steel plate

  

位移/mm荷载/kN位移/mm荷载/kN0．100．350．580．911．912．4150．28483．29719．23968．021400．301550．402．913．413．914．414．915．411639．01680．31702．11715．81718．11718．3

 

表6 无缺陷节点荷载-位移值

 

Tab.6 Load vs displacement value of node without defect

  

位移/mm荷载/kN位移/mm荷载/kN0．100．350．580．911．912．4155．31300．83791．151064．801320．401550．402．913．413．914．414．915．411705．41802．91872．31890．71894．31897．4

  

图5 荷载-位移曲线

 

Fig.5 Load vs displacement curve

工程施工过程当中,由于现场个别节点焊接连接时出现了对接误差,造成连接区域焊缝长度不足,出现局部应力集中现象,导致受力性能减弱.通过研究方钢管桁架垂直相贯节点在缺陷状态、无缺陷状态和不同加固方案下节点的破坏模式与极限承载力,分析出最优加固补强方案,并得出以下主要结论.

3.3 承载力对比

从图4b～4d三种加固方案下的节点应力云图可以得知,当荷载为极限承载力的40%时,1块顶板加固节点的最大应力为204 MPa,2块顶板加固节点的最大应力为181 MPa,3块顶板加固节点的最大应力为173 MPa.随着加固方案的不同,节点的应力也不同.节点应力主要集中在矩形相贯线处.当荷载增大到极限承载力的70%时,1块、2块、3块顶板加固下节点的最大应力分别为349、347、347 MPa.主管与支管搭接的小部分区域进入塑性发展状态,塑性区域向主管壁和加固顶板处开始扩散.3块顶板加固的节点塑性扩展区域在两边的2块顶板上比较明显,最中间的1块顶板应力变化比较小.当荷载达到极限承载力时,1块、2块、3块顶板加固下节点的最大应力分别为433、396、397 MPa.在极限承载力下,1块顶板加固的节点应力最大,2块和3块加固作用下的节点应力基本相等.1块和2块顶板加固下的节点塑性扩展区域由主管管壁发展到加固顶板上形成贯通的塑性区域,出现应力重新分布的现象,塑性区向继续四周扩散,直到矩形主管上有一横截面全部进入塑性区,发生管壁塑性破坏,不能够承受节点荷载.3块顶板加固方案下节点的应力在中间1块顶板上没有明显的变化.塑性扩展区域主要发生在两边2块顶板和主管管壁上,应力分部与2块顶板加固方案的节点相似.由此可以得知2块顶板加固方案为最优方案.

此节点采用SOLID185单元建立三维实体节点模型.该单元由8个节点定义,每个节点有3个自由度：节点坐标系的x、y、z方向的平动.该单元具有塑性、超弹性、应力钢化、蠕变、大变形和大应变等功能.此节点钢材采用Q345B钢,弹性模量E=2.06×105 MPa,泊松比取0.3.假定材料的本构模型为理想弹塑性模型,分析时考虑材料非线性.通过计算并参考王迎春等人[3]的文献可以得出,有限元计算中焊缝对承载力的影响较大.故为了使计算模型得到的有限元计算结果更为精确,需要考虑焊缝区域残余应力对节点极限承载力的影响;对于几何非线性的影响可以忽略不计.材料弹塑性的发展服从von Mises屈服准则和塑性流动法则.参考朱庆科、褚云朋等人[10-11]的文献,虽然大挠度效应对平面K型管节点承载力影响不大,但是对空间K型管节点的承载力影响较大.本模型是垂直K型相贯节点,属于空间K型节点,故需要考虑大挠度效应.

  

图6 荷载-位移曲线对比

 

Fig.6 Comparison of load vs displacement curves

从图6c可以得知,在极限承载力作用下,当位移达到一定值以后,随着位移的增大,节点承载力不再增加.缺陷节点的承载力最低.2块、3块顶板加固方案下的节点和无缺陷节点的承载力较高并且极限承载力比较接近,荷载位移曲线也比较相似.通过比较分析,在极限承载力接近的情况下,从节省材料与施工方便来比较,2块顶板加固方案更优于3块顶板加固方案.和缺陷节点承载力相比较,2块顶板加固节点的极限承载力有了很大的提高,并且接近于无缺陷节点.由此可以得出,2块顶板加固方案为此类缺陷节点最优加固方案.

4 结论

从图5a和图5b可以得知,随着位移的增大,缺陷节点和1块顶板加固节点的承载力提高不是很明显.在荷载分别为极限承载力的40%和70%两种状态下,节点处于线弹性变化范围内.当荷载达到极限承载力时,随着位移的增大,荷载不再增大,节点达到屈服.从图5c～5e得知,2块顶板加固节点、3块顶板加固节点和无缺陷节点3种类型的节点在不同的荷载作用下承载力相近.与1块顶板加固节点相比较,2块和3块顶板加固节点的承载力有了很大的提高,接近无缺陷节点的承载力.

根据近年各方面的研究，总体认为水利现代化有以下几方面的特性：一是水利现代化是经济社会现代化的重要组成部分，必须融入经济社会现代化建设大系统，与相关领域现代化进程协调配合，并适度超前发展；二是水利现代化是动态发展的过程，基本实现水利现代化，是适应经济社会基本现代化要求而确定的水利发展进程中的阶段性目标；三是水利现代化具有明显的地域性，不同资源条件、不同经济社会发展状态，水利现代化建设的目标和任务也不同；四是建设水利现代化，需要全社会的通力协作、共同推进，需要广大公众的广泛参与、密切配合，水利现代化建设成果必须得到社会公众的广泛认同。

1) 对于此类矩形相贯节点,应力集中在主管与支管相贯线附近.对于连接较弱、刚度较小的缺陷节点，塑性扩展区域不明显,应力集中严重,承载力较弱,节点破坏模式为单一的焊缝破坏.对于加固以后的连接较强、刚度较大的节点,塑性区域向四周扩散明显,出现应力重新分布,节点的破坏模式由焊缝破坏过度到钢管某一截面破坏,节点承载力较强并且安全储备较高.

将数据按照被访者的所在地区进行分类，共得到148条地区层次的数据，包括地级市、县级市和自治县。将地区家庭年均收入进行正态化后按照平均数分为高、低两组，取近邻信任得分前27%划分为高组，后27%划分为低组，共统计了74条地区数据，包括济南、成都等地级市，乐清、恩平等县级市以及黔南苗族罗甸县等自治县，其中低近邻信任组35个地区，高近邻信任组39个地区，低收入组36个地区，高收入组38个地区。以地区家庭年均收入、近邻信任水平为自变量，以地区家庭年均收入与地区家庭年均支出的余额为因变量，以性别、年龄和受教育程度为协变量进行协方差分析。

1)EC细网格模式对苍南的降水预报提前48h能预报出来,且量级准确;表现较差的是登陆台湾岛后的雨量预报,原因可能是台湾地形对台风外围雨量的预报影响造成的。

2) 与端部分别采用1块、3块顶板加固方案相比较,采用2块顶板加固方案为最优加固方案.此加固节点与缺陷节点相比较,承载力有了很大的提高,并且极限承载力接近于无缺陷节点极限承载力.相比较于3块顶板加固方案,节省了材料,简化了施工工序.

3) 对如图2a所示的此类由施工误差造成的缺陷节点,可以进行如图2c所示的加固补强方案,即在支管②端部加1块矩形封板,再在矩形封板两边焊接2块等边直角三角形钢板,将封板与主管①焊接成一体.此研究结果可以为类似工程的个别缺陷节点的加固提供技术支撑，并且此研究方法可为类似缺陷节点的现场加固技术提供参考.

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