伞形钢桁架结构焊接相贯节点的力学性能

空间焊接相贯节点受力复杂,对大尺寸、多平面支管及空间多向加载作用下相贯节点的承载力设计方法,目前相关的设计规范并未给出详细规定。因此,有必要针对焊接钢管相贯节点在空间多向加载作用下的性能进行分析。以山西省太原南站为工程背景,选取其屋盖结构——伞形空间钢桁架下弦节点为研究对象,采用ABAQUS对其进行有限元分析,计算了节点在空间多向加载作用下的应力、变形分布,并重点探讨节点相贯区域内不同加劲构造措施对节点强度和刚度的影响。分析结果表明:支管与主管相贯区域为节点受力最不利位置,尤以受拉支管与主管汇交处最为明显;圆形截面支管屈服先于矩形截面支管;相对于"井字形加劲肋"构造,"横隔板+纵向加劲肋"构造有效提高节点承载能力,但在纵向加劲肋与横隔板相交处,存在局部塑性变形。     

空间多功能加载装置的试验研究及有限元分析

为适应空间复杂节点工作性能的试验研究需求,设计并制作了由自平衡反力加载框架、液压千斤顶和其他辅助构件构成的空间多功能加载装置。该装置可进行平面节点和空间节点试验,能实现空间节点多个杆件(最大允许9根)同时加载,加载制度可采用单调加载或滞回加载,空间同时多向最大加载达10 000 k N。目前,该装置已成功应用于装配式平面钢框架梁柱节点和空间复杂相贯节点足尺试验。为验证该加载装置在空间多向设计荷载下的刚度和强度,采用有限元软件ABAQUS对加载框架进行了模拟分析。分析结果表明:1该加载装置安全、可靠;2空间复杂相贯节点足尺试验过程中,加载框架测点位移数值变化无规律性并非因框架屈服,而是由空间同时多向加载相互耦合所致。     

多平面焊接相贯节点应力集中影响因素探讨

多平面焊接相贯节点的应力集中程度直接关系到其动力性能的优异。基于静力足尺试验和有限元数值模拟,针对太原火车南站候车厅屋盖结构代表性节点——68#节点进行分析,主要探讨了6种加载工况、节点代表性支管G3/G8壁厚改变对其应力集中程度的影响和分布规律。研究结果表明:足尺静力试验和数值模拟所得相贯节点应力集中系数基本一致;6种加载工况对焊接相贯节点应力集中程度差异明显,尤其以节点空间同时加载影响最小;支管G3/G8壁厚改变对主、支管应力集中程度影响不同,支管敏感性高于主管且与其壁厚成负相关。     

空间复杂多支管柱节点受力性能研究

对钢管塔架中空间多支管柱节点进行了足尺模型试验,试验装置采用自平衡框架,共制作了2个试验试件.在试验结果的基础上,建立了非线性有限元模型,所得结果与试验结果相比,二者吻合良好,表明有限元模型的合理性,并进行了有限元参数分析.结果表明,试验模型节点主要发生主管压曲的变形破坏,且未出现支管和焊缝的破坏;加载至设计荷载值时,节点所有测点基本处于线弹性状态,表明节点设计较安全.主管径厚比对节点极限承载力影响显著,主管直径较大时,承载力随主管壁厚增大而上升较快;主管直径较小时,承载力随主管壁厚增大而上升较慢.受压支管直径及壁厚较小时,易发生自身弯曲失稳破坏.     

空间X+双KK型圆钢管焊接节点静力性能试验研究

对空间X+双KK型圆钢管节点的静力性能进行了加载的试验研究。介绍了节点试验方案,考察了节点的破坏性状及其承载力,检验节点构造措施是否合理,验证了实际结构节点分析建立的有限元模型的适用性以及应力分布特点和计算结果的正确性。X+双KK试件在设计荷载作用下各腹杆及节点区工作性能良好,各杆件均处于弹性阶段。加载至设计荷载2.0倍时,节点区受拉腹杆处测点首先进入屈服,加载至3.15倍设计荷载时,控制腹杆全截面屈服,节点区弦杆测点应力水平较小。随后,其它腹杆也进入屈服,节点区进入塑性且变形发展到弹性变形3倍以上时仍未发生断裂。指出在实际结构中,为得到与试验节点相似的承载力水平,焊接节点的腹杆与弦杆的相贯焊缝质量应加强监控。节点的有限元分析结果与实测结果最大误差为16.5%。     

铝合金箱形-工字形盘式节点整体变形性能试验研究

铝合金网壳结构在大跨空间结构中具有广泛的应用前景.南京牛首山佛顶宫大穹顶工程中采用了铝合金网壳结构,其节点包含两种截面杆件,均使用不锈钢环槽铆钉与节点盘进行紧固连接,形成了特殊形式的箱形-工字形盘式节点.为研究铝合金箱形-工字形盘式节点在面外弯矩作用下的传力机理、变形性能、节点刚度、破坏模式和极限承载力,开展了箱形-工字形盘式节点整体试件的静力加载试验,使用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行了数值模拟,并将试验结果与相同截面铝合金箱形-工字形盘式节点相连对肢节点的试验结果进行对比分析.试验结果表明:南京牛首山佛顶宫大穹顶工程中采用的铝合金箱形-工字形盘式节点为半刚性节点,节点刚度较大,整体延性相对较小;在较大面外弯矩作用下构件的上节点盘发生屈曲变形,试件加载破坏时下节点盘仍处于弹性阶段,杆件连接部位腹板出现明显屈曲变形,杆件与上节点盘连接处发生断裂破坏.足尺有限元模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好,具有工程应用可靠性.与相同截面的铝合金箱形-工字形盘式节点相连对肢节点试验结果相比,铝合金箱形-工字形盘式节点6根连接杆件之间的相互作用提高了节点刚度,但在一定程度上降低了节点的延性和抗弯承载力,在设计和使用过程中需进一步加强和改进.     

盖板加强型节点局部试件断裂性能试验研究

为研究钢框架盖板加强型节点焊缝处发生断裂的可能性,设计制作了11个盖板加强型节点局部试件进行单调拉伸试验,研究了加载速率、加强板厚度、焊缝缺陷对局部试件断裂性能的影响。试验结果表明:试件破坏形态主要分为梁翼缘板颈缩断裂和加强板端部角焊缝断裂两类;提高加载速率会导致试件塑性变形能力降低;加强板厚度变化对局部试件影响较小;对接焊缝缺陷对试件的承载能力及焊缝的断裂性能影响不明显;试件对加强板端部角焊缝缺陷较敏感,缺陷处易发生断裂。     

空间圆钢管K型相贯节点刚度公式数值研究

为了研究圆钢管K型相贯节点平面内、外刚度性能,以平南三桥为工程背景,采用正交试验法对K型相贯节点的相贯角度、支主管径比、主管外径与支管间距之比、主管径厚比、支管外径与主管壁厚之比等确立计算模型的具体参数,运用ABAQUS软件对计算模型进行分析,并应用多元线性归回方法拟合出空间K型相贯节点刚度的参数公式.对钢管拱中K型空...     

斜交网格结构钢管混凝土平面相贯节点的性能研究

为验证斜交网格钢管混凝土平面相贯节点的构造合理性和受力可靠性,设计了4个平面相贯节点试件,采用ABAQUAS有限元分析软件对节点构造、斜交角度和加载方式等的研究参数进行研究分析.结果表明:有限元模拟与试验研究在荷载—位移骨架曲线、荷载—应变曲线和承载力等方面具有较强的一致性,说明斜交网格钢管混凝土平面相贯节点的构造具有较好的合理性和较强的承载能力,可以应用到实际工程中.另外,不管是采用对称加载方式还是采用非对称加载方式,有限元模拟与试验结果比较接近,说明加载方式对试件受力和破坏影响不大.     

负弯矩作用下蜂窝组合梁的承载力

蜂窝组合梁能降低建筑层高,为了研究蜂窝组合梁负弯矩区段承载力,设计了两个蜂窝组合梁试件,并进行了静力加载试验,研究了扩张比、第一洞口间距对蜂窝组合梁的强度、刚度和破坏模式的影响.试验结果表明:对于扩张比小于1.3的试件,蜂窝组合梁在近支座截面或第一洞口中心截面发生弯曲破坏;在扩张比给定的情况下,蜂窝组合梁的第一洞口间距主要影响蜂窝组合梁的破坏模式;当近支座截面和第一洞口截面同时为蜂窝组合梁的破坏控制截面时,钢梁扩张比对蜂窝组合梁的强度与刚度影响较大.在试验研究的基础上提出了近支座截面的名义抗弯承载力计算方法,该方法同时考虑了构件的破坏模式与两个控制截面的抗弯承载力,公式计算值与试验值吻合.     

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.     

方钢管轻骨料混凝土加劲TY型节点承载力研究

对方钢管轻骨料混凝土加劲T型节点和基本型节点进行了支管轴压试验,考察了加劲板和支主管截面宽度比对节点破坏模式、承载力等受力性能的影响.试验结果显示:节点的典型破坏模式有主管弯曲、主管上翼缘凹陷、主管腹板凸曲、支主管焊缝开裂、支管侧倾、加劲板屈曲和加劲板焊缝开裂等;加劲节点的承载力取决于包含加劲板应力扩散效应和轻骨料混凝土约束效应的方主管抗压弯强度和支主管焊缝承载强度,加劲节点的极限承载力较基本型节点提高15.0%～48.3%.建立了TY型节点方主管抗压弯计算模型和支主管焊缝开裂计算模型,推导了考虑加劲板应力扩散效应和轻骨料混凝土约束效应的加劲TY型节点方主管压弯承载力计算式和支主管焊缝开裂承载力计算式,验证了加劲TY型节点承载力计算式的精度.     

关于直接汇交钢管节点的焊缝计算

直接汇交钢管节点在管结构中广泛采用,但这类节点的角焊缝强度的确定还没有很好解决。因为,直接汇交钢管节点的焊缝计算,必须解决焊缝长度和焊缝有效厚度沿长度变化的计算问题。主管与支管相交线实际上为一空间曲线,本文采用空间解析几何原理,用分段求积方法,导出焊缝长度L_f的计算公式,其表达式为L_f=f(d,(d/D),θ),它是支管外径(d)与主管外径(D)的比值和支管轴线与主管轴线夹角θ的函数。通过电算表明,其精度取决于分段数n值,当n≥100时,其相对误差小于1/1000。根据电算结果。可以把焊缝长度的计算简化为下列近似公式: 本文还用空间解析几何原理对焊缝有效厚度的变化,进行了计算。比较了不考虑和考虑外荷方向两种情况,提出取有效厚度平均系数c=0.7,使全周角焊缝的计算公式具有极为简单的形式: 上式完全满足工程精度要求,可供设计采用。     

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.     

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。     

空间塔架钢管节点试验加载反力架设计与应用

针对苏通大跨越工程中四管组合柱与双斜材连接节点的加载试验,结合工程研究需要,在试验室现有平面加载试验机的基础上,自行设计并制作了可以辅助其进行空间加载的反力架。为了验证反力架在极限试验荷载下的可靠性,采用有限元分析验证了反力架的强度和变形。最后介绍了采用该反力架已经完成的大型空间复杂节点试验。试验结果表明该反力架结构合理,具有良好的工作性能。为实现塔架节点试件的空间加载提供了可能,也为其他大型节点试件的空间加载提供了设计参考。     

轴力下空间XK型圆钢管相贯节点的承载力计算

空间XK型圆钢管相贯节点在大跨度空间桁架中得到很好地应用,但目前关于该节点极限承载力的计算方法尚不完善.在试验的基础上,对36个空间XK型圆钢管相贯节点进行双重非线性有限元分析,计算了其极限承载力;探索了不同几何参数和加载方式对该类节点极限承载力的影响规律;根据分析结果并借鉴平面K型圆钢管相贯节点的承载力计算公式,考虑空间效应的影响,提出了空间XK型圆钢管相贯节点的承载力建议公式.采用建议公式对相关试件进行计算,计算结果与试验结果吻合良好.     

框架节点在不同加载方式下抗震性能试验研究

针对混凝土框架节点的拟静力抗震性能试验研究,采用平面加载装置和空间加载装置对6个节点进行单、双向水平反复的对比试验,得到不同加载方式和加载制度下试件的滞回曲线.通过对各个试件的破坏形态、承载力、刚度、骨架曲线、延性及耗能能力的对比分析,表明二维作用下对空间节点的抗震性能影响更敏感,构件耦合作用明显,扭转效应显著.研究结果表明:试验方法对节点的抗震性能影响较大,将低维条件下节点的抗震性能研究成果推广到更高维的层次上有一定的局限性.     

矩形钢管偏心相贯节点的平面外抗弯性能研究

为了研究十字形矩形钢管偏心相贯节点的平面外抗弯性能,进行了节点试验.根据试验的破坏特征建立了节点承载力的屈服线模型并推导出理论式,通过有限元参数分析对理论式进行改进,结合回归分析,建立节点平面外抗弯承载力的实用参数化计算式.结果表明:节点试验的破坏模式为主管表面屈服,节点承载力与主管截面高度和主管壁厚的平方成正比,支主管截面高度比对节点承载力的影响较大,支主管壁厚比和主管截面高宽比对节点承载力的影响较小,参数化计算式所得承载力与试验结果相差3.4%、与有限元结果的相差大多小于10%.     

K型足尺相贯节点极限承载力试验研究

本文对K型节点支管在轴力、平面内弯矩、平面外弯矩共同作用下的极限承载力进行试验研究,分析节点加载过程中应力发展过程及位移变化。结果表明:通过对支管施加偏心荷载能够有效地模拟节点承受轴力、平面内弯矩、平面外弯矩的共同作用,节点区主管的局部屈曲是K型相贯节点的破坏模式。采用Eurocode 3中K型节点的公式对支管承受轴力、平面内弯矩、平面外弯矩共同作用的K型节点进行验算是可行的,验算表明节点是安全的且偏保守。