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。     

T形、Y形带内置环肋圆钢管相贯节点承载力计算方法

为了得到T形、Y形带内置环肋圆钢管相贯节点的承载力计算公式,对528个节点进行参数化分析.结果表明:T形、Y形节点的环肋设置在冠点时,对节点承载力提高率的贡献最小,而设置在距冠点到鞍点距离的0.7~0.8倍时,贡献最大;支管受压时,T形带肋节点承载力提高值随环肋厚度和宽度的增大而增大,但受支主管直径比和主管径厚比的影响较小;T形、Y形带肋节点承载力提高值之比受支主管直径比和环肋厚度、宽度的影响较小,而随支主管夹角的增大呈近似线性增加;考虑主管应力比以及支管拉力的影响时,可沿用现行规范中无肋节点的相关参数.结合现行规范,提出了T形和Y形节点的承载力计算公式,适用性检验结果证明了所提公式的可靠性.     

表面焊板加强方钢管T型节点的受压性能

为研究覆板及环口板加强方钢管T型节点的受压性能,建立并验证了加强节点的有限元分析模型,考察了支管宽度和加强板尺寸等参数的影响规律,分析了加强节点的破坏形态及承载力设计方法.参数分析结果表明:支管宽度与加强板厚度是影响覆板和环口板加强节点受压性能的关键参数,并决定了加强节点的破坏模式;当支管-主管宽度比超过0. 8或加强板与主管厚度比大于2. 2时,节点发生主管侧壁屈曲控制的破坏形态,没必要继续增加加强板厚度;文中提出的新型环口板加强方法可以较好地增强主管翼缘和侧壁,阻止或延迟主管侧壁屈曲的发生.文中还采用现有规范和文献的设计公式,计算了覆板及环口板加强节点的受压承载力,验证了各公式的适用范围,从而为该类加强节点的设计提供参考.     

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.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-钢梁节点的静力性能

目的通过研究找出两类内置CFRP圆管方钢管高强混凝土柱-钢梁节点在单调荷载作用下的传力机制和破坏模态.方法设计了一栋采用内置CFRP圆管的方钢管混凝土柱的5层框架结构,利用有限元软件ABAQUS建立了三维有限元模型,对两类节点进行了单调荷载作用下的模拟分析.结果外加强环式节点的梁端弯矩主要通过柱角附近的水平环板和柱两侧外伸环板传递给柱壁和核心混凝土,水平环板有效宽度大约为0.5倍的柱宽度.外肋环板式节点的极限位移均大于外加强环式节点,尤其是外肋宽度大于40 mm时更为明显.外肋环板式节点的极限承载力也高于外加强环式节点.结论设计节点的破坏主要原因是环板和钢梁翼缘交接位置出现局部屈曲,节点的极限承载力取决于梁的抗弯承载力,变截面位置作为整个节点危险部位,在设计中应进行计算和校核.     

方钢管混凝土X型节点受拉力学性能的非线性有限元分析

为研究主管轴力、内填混凝土对方钢管节点受拉力学性能的影响,文章进行了X型节点受拉的非线性有限元分析。以方钢管混凝土X型节点受拉试验为研究原型,改变主管的轴力比、宽厚比、支主管宽度比等参数,设计了12个方钢管混凝土和12个方钢管X型受拉节点试件,分别从节点承载力、抗拉刚度、支主管应力分布等方面进行了对比分析。结果表明:改变主管轴拉比、支主管宽度比及主管宽厚比,方钢管混凝土相对于方钢管的节点承载力提高均不显著;主管受轴压力作用时,方钢管混凝土节点承载力高于方钢管节点;方钢管混凝土节点的抗拉刚度、抗疲劳性能显著高于方钢管节点。     

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.     

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.     

Q460钢管管板连接节点的受弯性能试验研究

对是否设置加强环板、不同节点板宽度和钢管轴压力的6组共12个Q460钢管管板连接节点进行受弯承载力试验研究. 结果表明：无加强环板试件在节点板两端由于应力集中，承载力较低，有加强环板试件的节点板两端应力分布均匀，试件承载力显著提高. 当节点板宽度与钢管直径之比由2.5增大到3.0时，无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别提高6.10%~16.07%、13.36%~20.68%、9.61%~12.34%. 与无加强环板试件相比，1/4加强环板试件的承载力提高102.86%~130.73%，1/2加强环板试件的承载力提高129.88%~166.33%. 当钢管轴压比由0.10增大到0.23时，无加强环板、1/4加强环板、1/2加强环板试件的承载力分别降低10.05%~17.77%、10.79%~16.20%、4.74%~7.05%. 现有规范对于无加强环板节点的承载力计算偏于保守. 考虑加强环板和钢管轴力对节点受弯承载力的影响，提出了Q460钢管管板连接节点的受弯承载力计算公式，与试验结果吻合较好.     

不同搭接率时主方支圆钢管节点的承载力分析

K形搭接节点是空间结构中经常使用的一种连接方式.为深入了解K形搭接节点的特性,使用ANSYS软件,对一系列不同搭接率下的主方支圆K形钢管节点进行数值模拟,并将有限元分析结果绘制成曲线.分析支主管径宽比β,支主管厚度比τ,主管宽厚比γ支主管夹角θ等几何参数对此类节点极限承载力的影响.分析结果显示,当τ较小时,搭接率Ov对...     

圆钢管混凝土Y形节点极限承载力计算方法

文章研究了支管受拉或受压的圆钢管混凝土Y形节点在各种失效模式下的受力性能和破坏机理,基于不同失效模式下的破坏机理和受力状态,建立了合理的力学计算模型,提出了支管截面形式为圆形或矩(方)形的圆钢管混凝土Y形节点极限承载力计算方法,并通过试验验证了所提计算方法的合理性。研究结果表明,文中所提出的圆钢管混凝土Y形节点极限承载力计算方法可以用于圆钢管混凝土桁架结构设计和实际工程。     

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.     

圆钢管或圆钢管混凝土半相贯节点承载力计算方法研究

为了获悉圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点在不同失效模式下的极限承载力,文章基于失效模式建立了合理的力学计算模型,分别提出了圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点在支管受拉处、支管受压处的极限承载力计算方法;利用有限元计算软件ABAQUS建立了圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点的有限元计算模型,验证了所提计算方法的正确性。研究结果表明,所提出的圆钢管半相贯节点、圆钢管混凝土半相贯节点的极限承载力计算方法可以用于实际工程的管桁架结构设计。     

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。     

外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点骨架曲线影响因素分析

目的分析不同因素对外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载位移骨架曲线的影响,为合理设计该类节点提供依据.方法设计了参数不同的外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点,采用有限元软件ABAQUS模拟这些节点在低周往复荷载作用下的受力过程,对比了各设计节点的荷载位移骨架曲线,模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行验证.结果轴压比从0.2到0.4,骨架曲线仅在弹塑性下降段承载力略有明显变化,最大下降约15%;含钢率从0.063到0.132,梁柱线刚度比从0.2到0.33,骨架曲线变化明显,承载力最大分别增加71.6%和140%;加强环板宽度每增加20 mm,承载力提高约6%;开孔率从0到0.8,承载力最大降低约30%;孔间距从140 mm到260 mm,承载力最大提高约10%,梁端第一个开孔到柱的距离从150 mm到520 mm,承载力最大提高约15%.结论轴压比对外加强环式圆钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点荷载位移骨架曲线影响不明显;影响节点荷载位移骨架曲线的主要因素是含钢率和梁柱线刚度比;加强环板宽度对节点荷载位移骨架曲线影响不大;开孔率、孔间距、梁端第一个开孔到柱的距离对其荷载位移骨架曲线有一定影响,三者中开孔率影响最大、距离次之、孔间距最小.     

矩形钢管混凝土T、Y型节点受压性能试验

为研究矩形钢管混凝土T、Y型节点受力性能,进行了7个矩形钢管混凝土T、Y型节点和1个矩形钢管Y型节点的受压试验,对节点的破坏模式及支主管宽度比β、内填混凝土对节点受压性能的影响进行了分析.试验结果表明:主管内填混凝土对矩形钢管混凝土T、Y型节点受压性能的影响明显,主管内填混凝土后,主管侧壁局部鼓曲这一破坏模式得到了避免,随支主管宽度比的减小,节点区域局部变形越明显,节点刚度越小;矩形钢管混凝土T、Y型受压节点承载力根据相应的破坏模式进行计算,当弦杆长度很短、支主管宽度比很小时,采用局部承压破坏模式进行计算;当弦杆长度较长时,往往发生弦杆弯曲破坏.     

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。     

钢管混凝土斜交网格平面相贯节点轴压承载力计算公式及有限元分析研究

相贯节点是钢管混凝土斜交网格结构设计的一个关键问题。针对两种新型节点构造形式,通过分析带不同厚度钢板的钢管混凝土短柱轴压承载力,提出了相贯节点轴压承载力计算公式,计算值与试验结果较为接近。本文采用有限元分析方法对节点静载试验进行了模拟,并分析了斜交角度、椭圆拉板厚度、衬板厚度、环向加强板和法兰板厚度等参数变化对节点承载力的影响。结果表明,有限元分析与试验结果吻合较好。节点中椭圆拉板的设置经济合理,衬板和环向加强板可提高对核心混凝土的约束效应。随着斜交角度、椭圆拉板厚度、衬板厚度的增加,节点承载力有所提高,而环向加强板或法兰板的厚度对节点承载力影响不大。总体而言,计算公式能较准确地估计节点的承载力,可用于工程实践。     

输电钢管杆横担-主管贴板及插板节点面内承载力试验

以安装便捷、加工简单为目的,设计出采用穿心螺栓连接的输电钢管杆横担-主管贴板节点,并与插板节点进行对比。在保持主管轴力恒定条件下,开展两种节点横担端部加载的面内承载力试验,考察荷载-应变特性、承载力、典型部位应变发展及失效模式;同时,开展两种节点承载力特性的非线性模拟分析。结果表明:试验及模拟分析结果吻合较好,表明贴板节点具有与插板节点相似的荷载-应变特性及承载力;随着试验荷载逐步增大,贴板节点的穿心螺栓应变发展较快,且两侧短螺栓应变大于中间长螺栓,最终主管受压侧应变可达-9×10~(-3);由于节点板贯穿主管,插板节点主管应变发展较为缓慢,最后基本处于弹性状态。因此,加工方便、节省钢材的贴板节点可作为输电钢管杆的横担-主管节点形式。     

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.