油气管道桁架跨越结构节点力学性能研究

2 0 1 0年 第 3 8卷 第 4期 石 油 机 械 C H I N A P E T R O L E U M MA C HI N E R Y 一 2 3 一 ●试 验 研 究 油气 管道桁架跨越 结构 节点 力学性能研 究 王 召 民 ( 1 ．中石化 中原油田普光分公 司 陈 誉 2 ．中原 油田博士后科研工作站 ) 摘要 对油气管道桁架跨越结构节点进行力学性能试验与有限元分析，研究节点的破坏模式 和极限承载力 ，并将空钢管和浇灌混凝土钢管混凝土 节点进行对 比试验 ，得 出如下结论 ： ( 1 )2 种类型节点的破坏模 式基本相 同，破坏 时节点受压 支管近 主管处 翼缘板和腹板均发生局部 屈 曲， 主管无任何破坏现象和 明显变形，节点 中浇灌混凝土对破坏模式没有显著影响；( 2 )在主管中浇 灌混凝土可使节点极限承载力明显增 大，但是 其极 限变形减小； ( 3 ) 节点加载达 到极 限承载力 时，空钢管试件 节点区域的主管上管壁部分屈服 ，而钢管混凝土试件主管管壁还处于弹性状态。 关键词 油气管道 桁架跨越 节点 力学性能 0 引 言 目前 ，油气管道桁架跨越结构设计方法均借鉴 屋盖桁架结构的设计思路和方法 ，但这 2 种方法在 结构柔度 、荷载作用位置 、荷载类型以及截面类型 等方面有许多不同。因此 ，迫切需要建立对管道桁 架跨越结构受力性能的分析方法 以及可供工程应用 的管道桁架跨越结 构 的设计 方法¨ J 。由于相贯 节 点杆件和节点设计的独立性减弱 ，决定杆件承载 l 生 能的材料和几何要素也同时决定 了节点的性能。如 何寻求杆件和节点力学性能的最佳结合点，是各 国 研究者一直探讨 的问题l 2 I 4 J 。油气管道桁 架跨越工 程 中采用相贯节点的钢管结构并不是按照与杆件等 强的原则来进行节点设计的，节点承载能力低于杆 件极限承载力的情况并不少见 ，它往往先于杆件进 入非弹性变形阶段 ，因此相贯节点力学性能对油气 管道桁架跨越结构的安全非常重要。鉴于此 ，笔者 以实际工程为试验背景 ，结合非线性有 限元分析 ， 进行桁架跨越结构节点的力学性能研究。 1 试 验 设 计 1 ． 1 节 点试 件 从研究角度 出发，设 计 了 2 个桁架 节点试件， 管材均为 Q 2 3 5 B圆钢管。试件 C S— H和 C S— C分 别为主管中未浇灌混凝土和浇灌混凝土的钢管节点 ， 主管中浇灌的混凝土等级为 C 1 5 。节点试件编号及 参数见表 1......