矩形钢管偏心相贯梁柱节点平面内抗弯承载力

为研究矩形钢管偏心相贯梁柱节点的平面内抗弯性能，完成了节点的平面内抗弯承载性能试验，得到其承载力和破坏模式，并通过有限元参数分析对理论式进行改进，结合回归分析，建立节点平面内抗弯承载力的实用计算式. 结果表明，节点的破坏模式为主管翼缘管壁屈服与腹板压屈的组合破坏. 加劲肋可有效提高矩形管偏心相贯梁柱节点的抗弯承载力. 通过参数分析，得到了梁柱翼缘宽度比、梁截面高度与柱翼缘宽度比、柱截面管壁宽厚比、梁柱截面壁厚比等参数对矩形管偏心相贯梁柱节点承载性能的影响规律，结果表明，增大梁高以及增大柱壁厚对于提高承载力最为有效. 最后拟合得到矩形管偏心相贯梁柱节点的承载力计算式，通过和试验结果及数值计算结果的对比，验证了计算式的准确性.     

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.     

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.     

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.     

支管轴压下高强钢圆管X形节点的承载力计算公式

研究了支管受压的Q460、Q690、Q960高强钢圆管X形节点的静力性能。采用经试验数据验证的有限元模型进行节点有限元参数分析，研究高强钢牌号、支管与主管外径之比（β）、主管外径与其管壁厚度之比（2γ）、主管轴向应力比（n）对节点性能的影响；与有限元参数分析和文献中试验结果对比，评价我国钢结构设计标准计算公式的适用性。结果表明，节点发生主管塑性破坏，节点承载力多由主管局部变形限值（3%主管外径）确定；多数情况下钢结构设计标准计算公式高估了高强钢圆管X形节点的承载力；主管受到压力或较大拉力时均会降低节点承载力。最后，针对不同钢材牌号的圆管X形节点给出了建议的2γ范围。基于主管塑性破坏，提出了考虑高强钢屈服强度、主管拉压效应的圆管X形节点承载力计算公式。     

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.     

方钢管竖向插板加强节点受压承载性能分析

为了研究方钢管竖向插板加强节点(IPT)的受压性能及承载机理,建立未加强及竖向插板加强节点的有限元模型,并采用已有试验结果验证有限元模型的准确性;完成45组IPT节点的受压性能参数分析,得到不同设计参数对节点受压性能的影响规律;最后分析竖向插板对节点的加强机理,提出插板的构造建议。研究结果表明:竖向插板最高可提升方钢管节点受压承载力115.9%;竖向插板加强节点的控制破坏形态有3种,即主管上、下翼缘屈服破坏,主管腹板屈曲破坏以及二者共同控制破坏;支管-主管宽度比、主管高厚比和插板长度对IPT节点受压性能影响显著;竖向插板对节点的加强机理包括2个方面,即插板扩大了主管上翼缘的屈服范围以及将支管轴向压力传递到主管下翼缘并引起主管下翼缘屈服。此外,对插板加强节点的适用范围及插板尺寸构造提出了设计建议。     

方钢管覆板加强T型节点的受压承载机理

为探讨方钢管覆板加强节点的轴向受压承载机理,对表面覆板加强节点进行静力加载试验,分析了节点的破坏形态和荷载-变形曲线；建立了覆板加强节点的有限元模型并进行有限元参数分析,揭示了覆板对节点的加强机理;文中还采用塑性铰线法建立了覆板加强节点的承载力设计公式,并提出了覆板加强的设计建议.结果表明:增加覆板厚度能显著提高节点的抗压承载力,覆板宽度和长度对节点承载力的影响不明显；覆板尺寸相同时,支管-主管宽度比(β)越小,则覆板的加强比越高；覆板对节点的加强机理为覆板与主管表面共同屈服,但当β≥0.8或覆板厚度较大时,加强节点容易发生主管侧壁屈曲,造成覆板屈服不能完全发展；文中公式计算结果与试验及参数分析结果吻合较好.     

Q460高强钢管-工字钢梁节点承载力试验及分析

通过Q460高强圆钢管-工字钢梁节点承载力试验,研究环向节点板宽度、主管轴压力对钢管节点承载力、破坏模式的影响。试验表明:该新型钢管节点具有良好的延性,增大节点板宽度可以有效增大节点承载力;钢管节点的破坏模式为环向节点板与节点区主管发生局部屈曲。建立平面钢管节点的非线性有限元分析模型,分析得到钢管节点的承载力与试验结果吻合较好;进行了Q460圆钢管-工字钢节点承载力的理论分析,承载力试验值比理论计算值大,承载力计算理论偏于安全,可以满足工程设计的需要。基于试验和有限元模拟分析,建议该新型钢管节点的节点板宽度取大于等于5.0倍节点板板厚。     

搭接N型方圆钢管节点极限承载力研究

对搭接N型方主管、圆支管的相贯节点进行了非线性有限元分析,揭示了平面N型搭接节点的受力性能,描述了搭接节点3个参数(支主管径宽比、主管宽厚比、支主管厚度比)的变化对节点极限承载力的影响,同时分析了主管荷载对节点极限承载力的影响,提出了影响系数.研究表明,主管承受轴力对节点极限承载力影响较大,规范公式未考虑主管轴力的影响,其计算结果与有限元计算结果和实验结果有一定的误差,有必要考虑主管应力对节点极限承载力的影响.     

PBL加劲型矩形钢管混凝土不等宽T型节点受拉性能

PBL加劲肋兼有加劲肋和剪力连接件的双重优势,T型节点主管采用PBL加劲型矩形钢管混凝土是一种新型钢-混组合结构,探明其破坏模式和承载力水平具有重要意义。基于矩形钢管混凝土T型节点受拉试验,设计了主管为PBL加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的不等宽T型节点受拉试件,其中,主管钢管宽厚比为27、支主管宽度比为0.4;通过非线性有限元数值模拟,从破坏模式、节点承载力、抗拉刚度及应力分布等方面分析PBL加劲肋对矩形钢管混凝土不等宽T型节点受拉力学性能的影响。研究结果表明:PBL加劲肋兼有加劲肋和剪力连接件的双重作用,可有效限制顶板被掀起,提高节点顶板面外抗弯承载力和抵抗局部变形的能力;能够明显改善不等宽T型节点的抗拉性能和抗疲劳性能,显著提高节点的抗拉刚度和节点承载力。     

矩形钢管空腹桁架人行天桥“TT”型节点受力性能

采用有限元数值分析方法,对某矩形钢管空腹桁架人行天桥"TT"型空间节点的受弯性能进行了研究。结果表明,空间受弯节点在下平联荷载作用下,最大应力发生在宽度比较小的弦管受压腹板上;空间受弯节点的主要破坏模式有:与下平联下翼缘板连接处的弦管腹板压跛破坏,下平联上翼缘板与弦管连接处的钢材或者焊缝断裂破坏,或者两者的联合破坏;由于平面内、外弯矩的共同作用,空间节点的抗弯承载力降低,不能单独地按照平面内或者平面外抗弯承载力来计算,而应考虑两者的相互影响。下平联与弦管不同连接位置对承载力影响不大,但采用中间连接方式的弦管应力最小且应力集中程度最低。     

钢-混凝土预制混合梁受弯性能试验研究

为研究两端固支边界条件下钢-混凝土预制混合梁(简称预制混合梁)的受弯性能,以钢梁长度、受弯承载力比和线刚度比为主要参数,进行了4个预制混合梁和1个普通预制混凝土梁试件的静力加载试验,研究了各试件的破坏模式、承载力、刚度、延性、挠度曲线和应变分布等.试验结果表明:所有试件均发生受弯破坏,其中预制混合梁的受弯破坏有两种模式,一是中部混凝土梁端和跨中截面形成塑性铰,二是梁端钢梁截面和跨中混凝土梁截面形成塑性铰.预制混合梁表现出良好的整体工作性能,连接节点在受力过程中始终保持较好的整体性.基于连接节点假定为刚性节点的应变分析结果与试验结果吻合较好,连接节点能有效传递钢梁和混凝土梁之间的应力,可视为刚性节点.钢梁长度、受弯承载力比和线刚度比的增加均可提高预制混合梁的承载力和延性,其中增加受弯承载力比的效果更显著.与普通预制混凝土梁相比,预制混合梁的初始刚度小,跨中挠度大,但其强屈比较普通预制混凝土梁提高约4%～15%,预制混合梁具有更好的屈服后弹塑性变形能力,有利于耗能.最后,基于虚功原理建立了两端固支边界条件下预制混合梁的极限荷载计算式,计算值与试验值比值的平均值为1.0,变异系数为0.04,计算值与试验值吻合较好.     

不规则布置梁加强环式梁柱节点承载力及刚度

不规则布置梁节点的设计是钢结构设计中的难点.文中以不规则布置梁加强环式梁柱节点为研究对象,进行了该类型节点的足尺模型试验,了解节点的受力性能和破坏机理.基于试验结果,采用理想弹塑性应力-应变关系和Von Mises屈服准则,并考虑几何非线性的影响,建立了与试验模型对应的有限元分析模型.在此模型基础上,利用有限元程序进行了参数分析.综合试验、有限元分析结果,提出了不规则布置梁加强环式梁柱节点承载力和刚度的计算方法.     

内隐藏焊缝对N形方圆钢管节点受力性能影响

为研究N形方圆钢管搭接节点中被搭接管内隐藏部分和主管间焊接与否对节点受力性能的影响,设计制作了4个N形方主管圆支管搭接节点足尺试件进行极限承载力试验.试验结果表明:被搭接管受拉时,其内隐藏部分和主管间不焊将降低节点承载力,且搭接率越大,降低幅度越大.此外,内隐藏部分未焊接的节点均发生了焊缝断裂破坏.以试验为基础,建立了非线性有限元分析模型,对324个不同几何参数、支管不同轴力性质下内隐藏部分焊接与不焊接的N形方圆钢管搭接节点进行了有限元分析,研究表明:内隐藏部分未焊接对被搭接管受压的节点承载力影响较小,但对被搭接管受拉的节点极限承载力影响较大.针对实际工程中钢管桁架均为先组装再焊接导致内隐藏部分难以施焊的情况,给出了设计建议.     

花岗岩石楼板的受弯性能试验

对10个单向受力石楼板的受弯性能进行试验,重点研究石板的受弯破坏形态、沿截面高度的应变分布规律和受弯承载力.试验结果表明:石板受弯破坏形态为完全脆性破坏,其受弯承载力主要受石板截面尺寸和石材天然缺陷所控制,存在一定离散型;石板断裂破坏前,横截面应变沿高度方向的分布基本上呈线性,符合平截面假定.基于平截面假定和试验结果统计分析,提出石楼板的受弯承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合较好.     

铝-木组合梁受弯性能研究

提出一种以T型带肋定向结构刨花板(oriented strand board,OSB)为骨架,梁腹板下表面与铝板通过螺钉连接组成的铝-OSB板T形截面带肋组合梁(简称为铝-OSB板组合梁)。以组合梁的腹板高度和铝板厚度为参数,设计了4根铝-OSB板T形截面带肋组合梁试件,对各个试件进行抗弯性能的试验,观察在各级荷载作用下试件的破坏过程和破坏形态、OSB板和铝板的应变变化以及组合梁跨中挠度的变化规律。建立ABAQUS有限元模型,对比有限元模拟与试验的结果,并且分析不同螺钉间距对组合梁受弯性能的影响。试验结果表明:在达到极限承载力时,各组合梁的铝板均达到屈服应变;组合梁中OSB板和铝板能够同时参与工作,整体工作性能好,组合效应显著;提高组合梁的腹板高度和铝板厚度可以不同程度地提高组合梁的受弯承载力,且腹板高度对组合梁的受弯性能影响远大于铝板厚度对其的影响;有限元分析结果与试验结果吻合良好;基于有限元模拟的分析表明,随着螺钉间距的减小,组合梁的承载力会有所提高。     

冷成型双相型不锈钢轴心受压构件承载力分析

建立了准确的有限元模型,对双相型不锈钢轴心受压短柱和长柱进行了模拟分析,并依据已有试验结果对模型的准确性进行了验证,方管、圆管短柱的试验值与其对应有限元计算结果误差均在5%以内;对于方管与圆管长柱,试验值与其对应有限元计算结果的误差分别为2.3%和3.8%.基于验证的有限元模型开展了参数化分析,发现双相型不锈钢材料力学性能参数变化对轴心受压构件承载力的影响不大;构件截面几何参数对于圆管仅影响长细比较小构件的承载力,承载力变化幅值为16%,对于方管则影响较为显著。基于有限元分析结果,考虑相关参数对圆管和方管柱子曲线影响不同以及材料屈服后强化的特性,对现行规范中的柱子曲线进行改进。允许构件的承载力高于截面屈服轴力,分别提出了方管和圆管承载力建议计算公式,为《不锈钢结构技术规程(CECS410:2015)》的修订提供理论依据。     

空间多支管复杂相贯节点静力足尺试验研究

对两个多向轴向加载的空间多支管复杂方圆钢管相贯节点进行了静力足尺试验研究。试验表明:同一类节点2个试件杆件制作误差差异较大,导致节点试验加载能力差别较大;对方圆钢管相贯节点,支管杆件截面型式的差异导致圆管与方形截面主管交汇区域首先出现屈服;合理的节点构造措施有利于保证节点安全。计算表明:两个节点试件的试验值与有限元计算结果存在一定的差异,主要原因在于实际支座约束和理想模拟支座区别、加荷不对中、节点焊缝和焊缝缺陷和节点杆件空间加荷不同步性等因素。研究表明:对该类空间多支管复杂相贯节点,支管截面型式和轴力对节点承载力影响较大,有待进一步深入研究。     

钢管塔环型加肋空间节点抗弯性能分析

为考察钢管环型加肋空间节点的破坏模式和抗弯性能,进行了静力加载试验和有限元数值分析.研究结果表明,节点具有主管局部屈曲和局部横向塑性变形两种破坏模式,且主管屈曲破坏与主管应力相关,主管横向塑性变形由环板及主管组成的环板-主管模型控制.针对两种破坏模式,利用塑性理论和有限元参数分析及回归分析方法分别提出节点抗弯承载力的建议公式.建议公式与试验数据进行比较,结果表明,建议公式合理有效,可为类似节点设计提供参考.