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.     

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。     

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。     

基于微观断裂机制外加劲肋X型圆钢管相贯节点承载力研究

为了研究外加劲肋X型圆钢管相贯节点的断裂行为，对本文设计的30个模型进行有限元分析，运用空穴扩张模型(void growth model, VGM)对节点进行断裂预测。分析加劲肋几何参数和支主管外径比对外加劲肋X型圆钢管相贯节点承载力的影响。运用VUSDFLD子程序分析节点断裂区域子模型开裂到完全断裂这一过程承载力的变化情况和裂纹扩展过程。结果表明：外加劲肋长度的增加会提高节点的承载能力，外加劲肋的厚度对节点的承载力影响不大。支主管外径比的改变会改变节点的破坏模式，随着支主管外径比的增加，节点刚度提高，节点的断裂出现在节点极限变形之前，外加劲肋对节点承载能力的提高效果会先增加后减小，当支主管外径比很大时，采用加劲肋加固的效果不再那么明显。无论是否设置外加劲肋，节点焊缝在开裂后，节点不会立即失去承载能力，节点从开裂到完全断裂过程中承载力会有所提高，随着相贯节点焊缝焊脚尺寸的增加，节点的承载能力逐渐提高，节点从开裂时刻到断裂时刻承载力提高的比率会逐渐增加。     

分离式竖向加劲板钢管混凝土柱-梁节点的抗震性能

为了研究分离式竖向加劲板钢管混凝土柱-梁节点的抗震性能,对7个节点试件进行了在柱顶施加恒定轴压力、梁端施加往复荷载的试验。通过对试验数据分析,得到了各个试件的荷载-位移曲线、骨架曲线、应变曲线、强度和刚度退化规律、延性等结果。试验观测到节点发生3种破坏模式:梁翼缘在加劲板短边附近受拉破坏;梁翼缘和加劲板间焊缝受剪破坏;与加劲板连接处的钢管壁受拉破坏。在屈服线理论的基础上,提出了与加劲板连接处钢管壁受拉破坏模式下的塑性机构模型。根据虚功原理推导出了该模式下的屈服荷载计算公式,计算公式与试验结果吻合较好。将推导出的公式与典型的3种破坏模式计算公式相组合,可以准确地预测节点最终破坏模式。     

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.     

Q420钢U肋加劲板轴压承载性能试验研究

对4个缩尺比1∶2的Q420钢U肋加劲板进行轴压承载性能试验,分析U肋加劲板极限承载力、破坏形式以及破坏机理。结果表明：4个U肋加劲板极限承载力均达到全截面屈服承载力;受压U肋加劲板的破坏形式分为局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲破坏3种;极限状态下,受压U肋加劲板在达到极限承载力前发生局部屈曲,最后发生整体屈曲导致板件破坏;通过板件柔度确定的最易发生屈曲的板件位置与实际破坏位置基本一致,说明板件柔度能够预测U肋加劲板在极限状态下的破坏位置。     

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.     

帽形加劲复杂卷边槽钢柱轴压性能试验研究

对18根板件中间加劲复杂卷边槽钢简支轴心受压试件进行了承载力试验研究,其中包括有截面形式、试件长度等方面的变化,研究了板件中间加劲对构件承载能力和破坏模式等方面的影响.试验结果表明:板件帽形加劲可以大大提高构件的稳定承载力.与普通复杂卷边槽钢构件相比,在相同条件下采用板件帽形加劲的构件其承载效率提高了大约10%~40%,其破坏模式变为以畸变屈曲为主要控制因素的畸变及其相关屈曲的破坏.同时利用有限元软件模拟相同试件的承载力和破坏模式,与试验结果吻合良好.     

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.     

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。     

采用PBL连接件的组合桁架节点受力性能

外接式钢-混凝土组合端节点是组合桁架结构受力的关键部位。通过对3个采用PBL连接件的外接式钢-混凝土组合桁架节点的单调静力试验,研究节点的极限承载力、失效模式和破坏机理。应用有限元软件ANSYS对试件进行全过程数值模拟分析。试验结果显示:节点的失效模式有混凝土开裂破坏、外露节点板局部屈曲、受拉腹杆处螺栓滑移及钢-混凝土连接部位应力集中。计算结果与试验结果吻合良好,PBL连接件具有较好的抗剪能力。通过增加节点板厚可有效提高节点承载能力。计算及试验结果可为该节点在工程实践中的应用提供理论依据和试验参考。     

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。     

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。     

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。     

输电塔X型节点的试验研究及有限元分析

通过足尺试验对X型钢管-插板斜材的承载力进行研究,并在此基础上对试验节点进行了数值模拟,分析X型十字插板钢管节点及钢管混凝土节点的破坏机理,以及不同受力方式对节点承载力的影响。试验结果及有限元分析结果一致,对于X型插板节点,通长斜材和断开斜材一拉一压的受力状况下,断开斜材受压较通长斜材受压节点极限承载力提高10%~20%。钢管节点的受压管端部、钢管混凝土节点的环形加强板及十字插板是较为薄弱的部位。     

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。     

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。     

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。