钢管混凝土T型节点在平面内弯曲荷载作用下的静力强度研究

利用有限元软件ABAQUS分别对空心截面T型管节点和主管中填充混凝土T型管节点在支管端部平面内弯曲荷载作用下的静力强度进行了研究.有限元模型的可靠性通过已有文献中的圆钢管混凝土N型管节点的试验结果进行了验证.利用有限元模型分别对3个主管中未填混凝土和3个主管中填充混凝土的T型管节点的静力强度进行分析.结果表明,主管中填充混凝土能显著的提高管节点的抗弯承载力.在此基础上,对钢管混凝土T型节点进行参数分析,参数包括支主管直径比β,主管直径与2倍主管壁厚比γ,支主管壁厚比τ,钢材屈服强度fy和混凝土的抗压强度fc.分析表明,参数β,γ,τ和fy对T型节点抗弯承载力有显著影响,而混凝土的抗压强度fc对节点的承载力影响不大.     

圆管混凝土T型焊接节点热点应力试验研究

作为疲劳评估的基础性工作,试验研究了由圆钢管支管与圆钢管混凝土主管组成的焊接桁架T型节点(CFCHS)在支管轴向拉力、压力和平面弯矩作用下的热点应力分布及应力集中系数(SCF)特性.讨论了CFCHS节点的热点应力测试方法和试验结果,并与支管和主管均为圆钢管的T型焊接节点(CHS)进行比较,考察两种节点的性能差异.研究表明:CFCHS节点的热点应力,对主管可采用线性外推方法,对支管需采用二次外推方法;相比CHS节点,CFCHS节点的热点应力分布趋于均匀,SCF显著减小;CFCHS节点支管轴向受拉比受压不利,SCF增大;CFCHS节点几何参数β,τ,γ对主管SCF的影响效应与CHS节点基本一致,但是对支管SCF的影响效应与CHS节点有些差异;混凝土的作用主要是改善CFCHS节点刚度,从而降低SCF,并预期可提高疲劳强度,但混凝土自身强度等级的高低没有显著影响节点的SCF.     

轴压下局部加厚T型管节点抗冲击有限元研究

采用有限元软件ABAQUS建立冲击荷载下一端固支一端可轴向移动的T型管节点的有限元分析模型.基于该模型,研究了轴力作用下普通和局部加厚T型管节点在横向冲击荷载下的破坏模态,并对冲击力时程曲线、位移时程曲线、能量耗散等抗冲击性能指标进行了分析.分析结果表明:增加主管的厚度可以显著提高试件的节点抗弯刚度,降低节点区域的损伤;但当主管加厚部分的长度达到一定值,节点抗冲击性能将不再提高,研究结果可为管节点的抗冲击设计和损伤修复提供依据.     

焊接管节点结构的加固方法研究（英文）

管节点结构中主管沿着径向的刚度通常要远小于支管的轴向刚度,因此破坏部位很容易发生在主管和支管相贯线附近的主管表面上.为了改善管节点的承载能力,有必要对其进行加固.本文介绍了几种加固方法,如内置加劲环加固、环口板加固、内置插板加固和主管壁厚加固等.根据一些相关的试验报道,采用有限元方法对几种加固方法进行了评价.     

预加轴力下内置加劲环K型管节点抗冲击性能有限元模拟

采用有限元软件Abaqus建立了主管一端固定一端滑动,支管铰接,同时对主管和支管预先施加轴力的内置加劲环K型管节点有限元分析模型.研究采用内置加劲环的加强方法对遭受横向冲击荷载作用的K型管节点抗冲击性能的影响.分析结果表明:加劲环的存在显著减小了主管的局部凹陷和主支管相贯线处凹陷变形;增大了主支管的线刚度比,使支管变形增大;同时加劲环的加强作用对节点的最终能量耗散影响很小.     

X型圆钢管相贯节点刚度试验

为了验算相贯节点刚度对钢管结构的受力性能及整体稳定性的影响,以某单层网壳结构体育馆为背景,进行了X形相贯节点轴向刚度和抗弯刚度的试验研究.文中介绍了试验方案和主要试验结果,对试件的破坏机理进行了分析.试验结果表明,当支管与主管直径相差较多时,节点轴向刚度和抗弯刚度均较弱,节点的半刚性能对结构的受力性能尤其是整体稳定性的影响不容忽视;当支管与主管直径接近时,节点轴向刚度和抗弯刚度均较大,基本能够满足节,最刚接的要求.     

内置加劲环T型管节点抗冲击承载力分析

以内置加劲环宽度和厚度为参数,采用有限元分析法,建立内置加劲环T型钢管节点有限元分析模型.通过分析主管跨中变形、冲击力、惯性力、支座反力时程曲线,得到内置加劲环T型管节点的抗冲击破坏模态和抗冲击作用机理.结果表明:内置加劲环可以提高T型管节点的抗冲击承载力,而且加劲环厚度对提高T型管节点抗冲击承载力的效果要强于宽度,冲击力峰值大小和波形持续时间可以反映T型管节点的刚度大小.内置加劲环提高T型管节点抗冲击性能,为钢管结构抗冲击设计和加强维护提供参考.     

主方支圆钢管轻骨料混凝土K型节点承载力

为研究主方支圆高强钢管轻骨料混凝土有间隙K型节点的承载力,对支管间设置加劲板的节点和基本型节点进行了主管轴压静力加载试验,考察了加劲板和支主管偏心距对节点破坏模式和承载力等受力性能的影响.试验结果表明:与受拉支管相连的主管鼓起、支主管焊缝开裂、支管根部屈曲、加劲板焊缝开裂和加劲板屈曲是该类节点的典型破坏模式;受压支管和主管受压区内轻骨料混凝土未发生明显破坏,受拉支管和主管受拉区内轻骨料混凝土发生轻微破碎;加劲节点的屈服承载力和极限承载力较基本型节点分别提高43.4%～69.6%和25.9%～43.1%.基于有间隙K型节点试验破坏模式,推导了考虑加劲板应力传递效应和轻骨料混凝土约束效应的与受拉支管相连的主管凸曲承载力计算式和支主管焊缝开裂承载力计算式.     

主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能影响

为了解主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能的影响,在试验研究的基础上,进行了主管内填混凝土对矩形钢管桁架结构节点、杆件承载力和刚度的影响分析,并探讨了其失效机理。结果显示:主管内填混凝土改变了节点的失效模式,但节点仍然是桁架结构的薄弱部位;主管内填混凝土能够明显提高受压节点的承载力和刚度,但受拉节点的承载力和刚度提高程度不明显;主管内填混凝土能够很好地协助受压主管受力,并提高受压主管刚度,而受拉主管的承载力和刚度提高程度不明显;对受压支管承载力有一定影响,而对受拉支管影响很小。探讨了目前规程关于受压节点的破坏模式和承载力计算,以及主管内填混凝土后的矩形钢管桁架结构变形的计算,提出了考虑节点变形影响的实用计算方法,为主管内填混凝土矩形钢管桁架结构的应用提供参考。     

考虑主管轴压比影响的T型管节点抗冲击承载力研究

为了研究轴压比对T型管节点抗冲击性能的影响,本文运用有限元软件ABAQUS建立了不同主管轴压比下一端固支一端可轴向平动的T型管节点冲击模型.通过与已有文献中的侧向冲击试验结果的对比分析,验证了有限元分析模型的可靠性.基于对破坏模态、冲击力时程曲线、位移时程曲线的分析,揭示了轴压比对T型管节点抗冲击性能的影响,并探讨了不同轴压比下T型管节点抗冲击极限承载力的确定方法.研究结果表明:主管在冲击荷载作用下,轴压比越大,节点局部凹陷变形和整体弯曲变形越大;当轴压比大于0.6时,破坏模态由节点相贯处的鼓曲破坏变为主管因产生塑性铰而发生整体失稳破坏.基于抗冲击承载力分析,建议取T型管节点整体变形(L/2)/50处所对应的冲击力作为T型管节点的抗冲击极限承载力.     

焊接接头工作应力的边界元分析

本文采用弹性力学平面问题的边界元计算程序,对几种典型焊接接头的工作应力分布形态以及应力集中系数K_T进行了计算,并考察了接头几何参数对K_T的影响,为接头形式的选择与合理设计提供了参考依据。计算结果表明,十字接头焊趾部位的最大应力位于焊趾附近焊缝一侧的表面。当几何参数相同时,几种接头焊趾应力集中系数由小到大的次序为:丁字接头,十字接头联系焊缝,十字接头工作焊缝,搭接接头。同时还简要讨论了用边界元法进行焊接接头应力分析的有效性。     

T型、N型圆管相贯节点滞回性能实验

对T型、N型圆管平面相贯节点进行循环加载的拟静力实验,以研究两种节点的抗震性能,对象为单个足尺寸的相贯节点。在支管循环加载的过程中对主管施加固定轴向荷载。在主管壁产生局部屈曲后,背向加载支管一侧的主管壁上产生了斜向条纹。节点最终的破坏是主管只管交界处的焊缝根部的裂纹发展直至断裂。实验得到节点滞回特性曲线。能量分析表明,T型节点在受压半周的耗能能力与受拉半周相近,N型节点受压半周的耗能能力强于受拉半周。2个实验节点在循环荷载作用下均具有良好的塑性变形能力。     

T型方管节点抗火性能的有限元分析

利用有限元程序ABAQUS对高温下恒载作用时T型方管节点的耐火性能进行了分析.有限元模型的精确性通过与有关文献报道的试验结果进行对比得到验证.分析计算时,由于高温引起材料性能衰退,考虑材料非线性以及大变形效应的几何非线性;节点环境温度符合ISO834标准升温曲线;分析方法为间接热力耦合;钢材在高温下的材料性能参数按照在结构抗火方面应用广泛的欧洲规范（Eurocode 3）采用.研究了T型方管节点在不同荷载水平作用下,主管变形、主管端部轴向反力随温度变化的规律,以及临界温度与荷载水平的关系等.     

火灾下考虑震损的方垫板加强T型节点抗火性能

利用已有试验验证方垫板加强T型节点数值分析模型,引入损伤变量,考虑参数直径比、径厚比、壁厚比、垫板长度与支管直径比及垫板厚度与主管厚度比,对震后火灾作用下方垫板加强T型节点抗火性能进行分析研究.结果表明:损伤变量对方垫板加强T型节点的临界温度影响较大,临界温度随着损伤变量的增大呈线性减小趋势;直径比、径厚比、壁厚比及垫板厚度与主管厚度比对方垫板加强T型节点的临界温度影响较小;垫板长度与支管直径比对方垫板加强T型节点的临界温度影响较大,且随着该比值的增大方垫板加强T型节点的临界温度减小;径厚比和壁厚比的增大会使方垫板加强T型节点临界温度发生小幅度的上升.     

T型相贯节点在爆炸冲击和火灾作用下力学性能的有限元分析

针对T型相贯节点冲击、高温试验,利用ANSYS通用有限元分析软件,采用显式-隐式序列求解方法,对T型相贯节点在爆炸冲击荷载作用下的动态响应,以及冲击后的抗火性能进行了有限元模拟分析.计算中,充分考虑了应变率和温度引起的材料性能变化,分别得到考虑应变率效应的应变时程曲线,以及在应变率强化后考虑温度软化的耐火极限温度和节点破坏模式.将有限元计算结果与试验结果进行对比,验证了显式-隐式序列求解方法的可行性和结果的准确性.     

平面K型圆管节点新的承载力计算公式

建立了平面K型节点非线性有限元分析模型,综合考虑两支管搭接顺序和内隐蔽部分焊缝是否焊接等影响因素,并得到了试验验证,适应性良好.应用该模型,对4类圆管K型节点型式进行了分析计算,通过多元非线性回归,导出K型节点极限承载力新的计算公式,进而提出承载力设计值建议公式.采用国际管节点数据库中试验数据,与现有国内外规范公式进行比较评价,证明该公式有较高的精度和广泛的适用性,能综合反映影响承载力的诸多因素,公式可同时计算间隙型和搭接K型节点,可计算两腹杆具有不同几何参数以及弦杆有轴力作用的K型节点承载力等特点.     

焊剂片约束电弧焊T形接头温度场有限元模拟

为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结果与测量结果的同时,研究了面板与芯板各自路径上的热量分布情况.结果表明:FBCA焊T形接头面板部位温度场沿焊缝中心呈对称分布,接头热量主要集中作用于面板处.采用复合热源模型计算所得特征点热循环曲线分布规律与实际红外热像仪测量结果重合度较高,计算所得焊缝截面温度分布形貌和热影响区宽度与实际接头形貌相吻合,有效验证了复合热源模型计算FBCA焊接T形接头温度场的准确性.     

T型和X型管接头在轴压下极限强度的半经验公式

基于圆环模型给出了Ｔ，Ｘ型管接头在轴压下极限强度的半经验公式，其中圆环的等效长度由试验结果进行回归，预测的极限载荷与实验数据符合较好。     

对接接头应力集中系数的有限元分析

用有限元方法计算了对接接头焊趾部位的应力集中系数，分析了焊趾倾角和焊趾过渡圆弧对应力集中系数的影响．结果表明，通过减小焊趾倾角或（和）增大过渡圆弧半径的方法可以有效地缓和接头的应力集中．而焊趾过渡园弧的引入从力学和焊接冶金两个方面提高了接头的抗裂性．同时指出，单侧有加强高的对接接头比双侧都有加强高的接头有较小的应力集中系数．还给出了估算对接接头应力集中系数的回归方程式