新型单面螺栓梁柱外伸端板连接节点受力性能试验研究

为研究新型自紧高强单面螺栓SHSOB连接节点的受力性能,并与传统M20扭剪型高强螺栓连接节点进行对比,设计制作了3个方矩形钢管柱与H形钢梁的外伸式端板连接节点试件,包括2个SHSOB螺栓连接节点和1个M20螺栓连接节点,对各节点试件开展了静力加载试验.揭示了节点的受力性能与破坏模式,考察了新型SHSOB螺栓连接节点的转动刚度、承载力和螺栓群受力分布模式.结果表明,SHSOB螺栓连接节点的初始转动刚度低于M20螺栓连接节点,节点转角大于0.03 rad,满足美国规范FEMA-350对节点延性的要求.随着荷载的增加,端板受拉区应力先增大后趋于稳定.SHSOB螺栓连接节点属于半刚性节点,螺栓群受力分布模式与传统的高强螺栓相似,中和轴位于螺栓群形心附近,具有较好的工程适用性.

循环荷载作用下管桁结构直接焊接节点焊材本构关系试验研究

对管桁结构直接焊接相贯节点中存在的焊缝,制作标准试件进行低周疲劳试验,得到σ-ε滞回曲线、循环应力幅值退化曲线,分析了焊材试件的破坏模式及在三种等幅循环荷载作用下滞回曲线的特点。利用ABAQUS软件模拟试验过程,与试验滞回曲线做对比,并用Ramberg-Osgood模型拟合了循环应力-应变曲线。结果表明,焊材损伤累积破坏过程分为三个阶段,裂纹萌生和破坏阶段应力幅退化较快,裂纹稳定发展阶段变化较慢;在循环荷载作用下,随着循环周数的增加,焊材循环应力幅值、卸载刚度和耗能能力均逐渐减小,呈现出循环软化特性;ABAQUS模拟的滞回曲线与试验曲线吻合较好,表明由循环加载试验标定的强化参数能用于有限元分析;Ramberg-Osgood模型能够较好模拟循环应力-应变曲线。

不同加强方式下主方支圆K型搭接节点关键参数分析

通过主管外壁加套管和主管内灌混凝土的加强方式可以改善K型搭接节点的力学性能。为探讨两种加强方式的优劣,通过ANSYS建立有限元模型,首先对有限元模型进行了验证,基于验证的有限元模型进行了参数分析,得到两种加强节点在关键参数影响下的滞回曲线和骨架曲线,对比分析其承载力和滞回性能,其中,K-1节点为主管外壁加套管加强,K-2节点为主管内灌混凝土加强。结果表明:随支、主管夹角θ增加,两种加强节点的滞回性能和承载力均减弱;随支、主管径宽比β增加,两种加强节点滞回性能均减弱,但承载力提高;支、主管厚度比λ对K-1的滞回性能和承载力有一定影响,对K-2的影响不明显;随主管宽厚比η增加,K-1的滞回性能和承载力变化不明显,K-2的滞回性能和承载力均有提高;搭接率O_v的变化对两种加强节点的滞回性能和承载力影响不显著。K-2的承载力和滞回性能总体优于K-1,进一步对K-2延性和耗能进行分析,其延性随参数θ、λ和η的增大均有提高,而随参数β和O_v的增大均有所降低;节点的能量耗散能力与参数β和λ均呈正相关,而与参数θ、η和O_v呈负相关。

主管加内套管的加强K型搭接节点滞回性能研究

为了研究主管局部加内套管的加强K型搭接节点的滞回性能,采用有限元分析软件ANSYS设计了K型搭接节点有限元分析模型,对节点2个支管同时施加轴向负相关低周往复荷载,得到节点的破坏模式、滞回曲线和骨架曲线,分析节点的承载性能和耗能性能,进而评价节点的抗震性能。结果表明:未加强K型节点主要以主管塑性破坏为主,而加强节点主要开始于支管屈曲破坏;主管局部加内套管的加强方式使得节点承载力可提高30%左右,但对搭接节点的耗能影响不大。

单面自紧螺栓成型机理与受剪承载力试验研究

针对传统扭剪型高强螺栓连接施工过程中往往需要两个操作面,难以应用于闭口截面构件之间连接的问题,设计开发一种单面自紧高强螺栓(self-tightening high strength one-side bolt, SHSOB)。通过对SHSOB螺栓的试验研究,考察了其成型机理、安装工艺和受力性能,获取了SHSOB螺栓的破坏模式、预紧力时变效应、抗滑移系数及剪力-位移曲线。研究表明:SHSOB螺栓预紧力可以满足GB 50017—2017《钢结构设计标准》中高强螺栓预紧力的设计要求;预紧力松弛在起始阶段较快,随后趋于稳定;SHSOB螺栓连接的受剪破坏模式和剪力随时间的变化规律均与传统扭剪型高强螺栓相似,均以螺杆被剪断发生破坏;在发生摩擦滑移破坏前,螺栓连接的剪力由摩擦力传递,孔壁承压阶段通过螺栓杆和孔壁的压力传递。在此基础上,推导了SHSOB螺栓的受剪承载力理论计算式,对比发现理论值、试验值和规范值吻合较好,SHSOB螺栓的受剪承载力可以满足GB 50017—2017《钢结构设计标准》中摩擦型高强螺栓受剪承载力的设计要求。

管桁结构直接焊接节点焊材损伤累积演化规律试验研究

管桁结构直接焊接节点焊缝容易发生损伤累积,造成节点局部失效。为此,针对管桁结构直接焊接相贯节点的连接焊缝,制作标准试件进行低周疲劳试验,得到其应力-应变滞回曲线、循环应力幅退化曲线和累积耗能变化曲线,研究节点焊材的损伤累积演化规律。结果表明:循环荷载下焊材表现出循环软化现象,与其母材循环特性存在差别,节点抗震分析中应区别考虑二者本构关系;焊材的损伤累积演化规律主要表现为随着循环周数的增加,其循环应力幅值、卸载刚度和耗能能力逐渐减小;焊材损伤累积破坏分三阶段,其中裂纹萌生和破坏阶段应力幅退化较快,裂纹扩展阶段变化较慢;加载应变幅对损伤累积速率的影响表现为加载应变幅值越大,其损伤退化越快,在母材为Q235的焊材中影响更明显;焊缝形式的影响较小,表现为角焊缝的损伤累积稍大于全熔透焊缝。有限元分析中考虑损伤累积影响,得到的焊材损伤累积演化规律与试验结果较为吻合。

中空夹层钢管混凝土-钢管K形搭接节点抗震性能试验研究

主管为中空夹层钢管混凝土,支管为空钢管的K形搭接节点,按主圆支圆和主方支圆两种形式加工制作了4个节点,对节点两个支管通过同步往复加载,研究主管通过夹层混凝土加强的K形节点破坏模式、承载力、耗能性能等。分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数、能量耗散系数等抗震性能指标。结果表明:未加强节点的破坏模式为主管表面塑性破坏,主管夹层灌混凝土的加强节点为支管拉裂破坏;主管夹层灌混凝土提高了节点的刚度和承载力,对于方管尤为显著,但对节点的延性影响不大;相比主圆支圆的未加强试件,夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了43.7%和52.1%,节点累积耗能分别提高了57.6%和64.0%;相比主方支圆未加强试件,夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了66.7%和64.7%,节点累积耗能分别提高了39.8%和21.7%,但主管夹层灌普通混凝土和灌粉煤灰混凝土对节点的加强效果区别不大。利用ANSYS软件对试验试件进行有限元分析,分析结果与试验结果吻合良好,并选用主管空心率、支主管直径比及支管径厚比进行参数分析。分析表明:随主管空心率的增大,节点耗能能力和承载力有所减小;随支主管直径比的增大,节点滞回曲线趋于饱满,耗能能力和承载力提高;随支管径厚比的增加,节点的滞回曲线的饱满度降低,节点承载力和耗能能力均呈下降趋势。

基于焊缝模拟的圆钢管K型、T型节点承载力分析

通过焊材材性试验得到焊材本构模型,分别建立不考虑焊缝模拟、焊缝采用壳单元模拟、焊缝采用实体单元模拟的圆钢管K型及T型节点有限元分析模型,进行节点的有限元分析,并与已有文献试验结果进行对比分析。结果表明：采用实体单元模拟焊缝,节点破坏模式和承载力更接近试验结果,均是支管局部破坏和主管管壁破坏。将焊材和母材材性区别考虑进行焊缝模拟得到的节点承载力值更接近试验值。同时,区别焊材与母材材性建立的有限元模型分析表明：K型搭接节点隐藏焊缝焊接以及隐藏焊缝不焊接时贯通支管受拉将影响节点破坏模式。采用上述分析得到的最优有限元分析模型进行K型搭接节点参数分析,并拟合得出考虑节点参数影响的4类搭接节点承载力计算式,通过试验值校验后发现吻合程度良好。

钢塔架连续倒塌动力响应的仿真分析

偶然荷载作用下,钢塔架连续倒塌是近年来钢结构领域研究的热点问题。通过采用显式动力分析方法对钢塔架的连续倒塌过程进行了数值模拟分析,考察关键杆件失效时的位移及结构倒塌过程中能量随时间的变化规律,再现钢塔架发生连续倒塌的动力过程,揭示了钢塔架倒塌的破坏机制。基于数值模拟分析结果,给出了不同杆件失效时位移-时间曲线与结构倒塌过程中能量-时间曲线,通过对比分析,给出了相关设计建议:在输电塔塔架结构设计时,应加强主杆件的设计,同时应避免截面突变,以提高结构的抗连续倒塌能力。