T形圆钢管节点受弯抗震性能试验研究

为了研究T形圆钢管节点受弯抗震性能,进行了支主管直径比不同的2个节点受循环往复弯矩作用下的试验研究。试验结果表明:节点主要耗能方式为主管管壁的塑性变形和裂纹扩散,在试验后期还有一部分耗能来自支管根部管壁的塑性变形;最终破坏模式为节点域主管管壁延性撕裂破坏;节点的荷载—相对位移滞回曲线饱满,开裂后节点承载力逐渐下降,裂纹延性扩散,表现出良好的抗震耗能能力。试验所得的极限承载力比规范计算值高了20%~33%。对比2个节点的试验数据及结果,发现支主管直径比较大节点的延性和耗能能力均比支主管直径比中等节点的更好。

Y型圆钢管相贯节点轴向刚度计算模型

为获得Y型圆钢管相贯节点轴向刚度实用计算公式,基于环向模型和节点局部变形与轴向刚度的关系,建立了半圆拱模型,并导出了节点轴向刚度的理论公式;运用泰勒级数等数学手段,将理论公式中的复杂函数简化为能反映自变量间相互影响的指数函数与幂函数的乘积,并根据单参数分析结果忽略次要因素支主管壁厚比,获得了Y型节点刚度的简化计算式.研究结果表明:节点刚度与材料弹性模量、支主管平面内夹角正弦平方的倒数和主管直径成正比;支主管直径比和主管径厚比对节点刚度的影响较大;简化公式计算的刚度值与有限元计算结果和已有试验数据的相对误差基本小于8%.

支主管夹角对X形圆钢管节点平面外受弯性能影响

应用于单层网壳结构的X形圆钢管相贯节点往往具有支主管平面内非正交、平面外夹角的几何特征。为了研究支主管平面内、平面外夹角对节点平面外受弯性能的影响,进行了支主管平面内夹角不同的两个X形节点试件的平面外受弯滞回性能试验、以及理论研究和有限元分析。研究结果表明:两个节点均表现出较好的抗震性能和变形能力,节点主要依赖主管管壁的塑性变形以及开裂后裂缝扩展来耗能;支主管平面内夹角较小时,节点域主管管壁的塑性发展更加缓慢、均匀,节点具有更高的承载力和抗震性能;支主管平面外夹角导致节点平面外抗弯弹性刚度和反向抗弯承载力降低、但增强了节点的正向抗弯承载力。

钢管混凝土柱-箱梁内加劲节点的性能研究

上海光源工程屋盖体系中的箱形截面梁与下半部分插入钢筋混凝土框架柱、内部设置加劲肋且填充混凝土的圆钢管焊接形成钢管混凝土柱-箱梁节点.对该节点进行了大比例试件的静力加载试验,考察了节点的受力性能和破坏模式.试验结果表明试件的破坏模式为梁根部截面的弹塑性局部失稳破坏,且在发生严重的局部失稳后仍然能够继续承载,节点变形能力良好,满足节点承载力高于构件承载力的要求.非线性有限元分析进一步表明,简化的悬臂梁模型能较准确地模拟节点中相应梁的受力性能,梁倾斜放置且根部平齐时对梁承载力的提高有利.

T形圆钢管-横向板相贯节点半刚性连接模型

通过实体单元有限元计算获得了T形圆钢管-横向板相贯节点的轴力—局部变形全程曲线,基于Menegotto-Pinto方程建立了T形节点的半刚性连接模型,确定了由全程曲线获取半刚性连接模型中8个参变量的方法,并通过大量有限元计算获得关于8个参变量的大量散点数据.根据散点数据进行参数化分析,并结合多元非线性回归技术建立了8个参变量的参数化计算公式,最后利用有限元计算结果对节点半刚性连接模型进行校验.结果表明:8参数模型较好地反映了T形圆钢管-横向板节点在横向板轴力作用下的半刚性性能.

圆钢管-横向板相贯连接节点轴向刚度研究

为了研究圆钢管-横向板相贯节点的轴向初始刚度,在分析传力方式和局部变形特点的基础上,建立了用于T形节点、十字形节点刚度计算的半圆拱模型、圆环模型,推导了节点刚度理论式.运用麦克劳林级数将理论式中的复杂函数简化为指数函数与幂函数的乘积,再考虑到板管厚度比的影响,利用多元回归分析技术,获得T、十字形节点的轴向初始刚度参数化计算式.研究结果表明:节点轴向初始刚度与弹性模量和主管直径成正比,与板管厚度比呈对数函数关系,与主管径厚比、宽径比(板宽与管直径比)呈相互影响的幂函数、指数函数关系;弯矩和剪力并不影响弹性受力状态下的节点轴向初始刚度,计算式所得初始刚度值与有限元结果的相对误差小于10%.

圆钢管相贯节点刚度的两种获取方法及其比较

圆钢管相贯节点是钢管结构中常见和广泛应用的节点形式,也是一种典型的半刚性连接节点.首先介绍了关于圆钢管相贯节点刚度定义的两种方法:直接法与间接法.在此基础上,以最常见、形式最简单的Y型与X型圆钢管相贯节点为研究对象,详细阐述试验或者有限元分析中分别采用直接法、间接法获得节点的轴向与抗弯刚度的测点布置与方法及注意事项;利用已有试验数据并结合有限元分析对两种方法所得刚度值进行对比,结果表明两种方法所得结果非常接近,可根据获得测点数据的便利性而选用一种方法,如试验采用间接法、有限元采用直接法.

基于工程应用型人才培养的钢结构设计课程教学改革

对钢结构设计课程教学过程中存在的主要问题进行了分析,从教学内容、教学方法、软件教学、课程设计、毕业设计等方面提出了教学改革建议,并正式开展了系列探索实践,以提高钢结构设计课程教学质量和学生的工程应用能力,培养高素质的应用型专业人才。

提升工程实践能力的高层建筑结构设计课程教改探讨

文章分析了高层建筑结构设计课程教学改革的背景,在教学实践的基础上发现课程教学内容繁杂,教学过程枯燥,与工程实践联系差,考核方式不合理等问题。在调整教学内容、强调结构概念、增加结构设计软件教学、考核方式等方面进行了教学改革的探索,旨在提高学生的工程能力。

矩形钢管偏心相贯节点的平面外抗弯刚度

为了获得十字形矩形钢管偏心相贯节点的平面外抗弯刚度,本文采用理论模型结合数值分析的方法,基于塑性铰线模型和节点变形特征,建立了用于节点抗弯刚度计算的三梁系模型,结合参数分析和回归分析,获得节点刚度参数化计算式。结果表明:节点刚度与主管壁厚三次方成正比、与支管宽度与主管高度之比呈线性关系、与支主管高度比近似指数函数关系,计算式所得节点抗弯刚度值与有限元结果的差异大部分小于10%。

厚度比对圆钢管-横向板相贯节点静力性能的影响

为了分析横向板厚度与圆钢管管壁厚度之比(简称厚度比)对圆钢管-横向板相贯节点受力性能的影响,建立了T形、十字形圆钢管-横向板相贯节点的有限元模型,阐述了有限元建模特点,确定了节点局部变形和刚度的获取方法,经对比,确定0.08塑性应变准则为节点承载力的判定方法.根据大量有限元计算结果分析了厚度比对T形、十字形节点承载力和节点轴向初始刚度的影响.研究结果表明:节点轴向承载力和初始刚度随着厚度比的增加而增大,但增幅降低,厚度比大于0.8时影响较小,可忽略不计,厚比为0.4~0.8时,其对节点承载力和刚度有一定的影响.

钢框架梁柱焊接连接的半刚性及其对结构自振频率影响的研究

先从梁柱节点受弯变形的机理入手,推导出钢框架梁柱焊接连接节点的初始刚度计算公式。通过对5组共25个梁柱焊接节点的初始刚度公式计算结果与有限元计算结果的比较,发现该计算公式与有限元结果吻合较好。然后通过通用有限元软件ABAQUS分析随结构层数、跨数变化时节点半刚性对框架结构自振频率的影响规律,由此建立焊接连接简化为刚性连接的条件。

平面外夹角对X形圆钢管节点平面外抗弯承载力的影响

为了分析支管与主管平面外夹角(简称面外角)对空间X形圆钢管相贯节点平面外抗弯承载力的影响,建立了节点的有限元模型,确定了节点平面外转角的获取方法,与已有试验结果及规范公式对比后,确定0.07弧度节点转角准则作为节点平面外抗弯承载力的判定方法。根据大量有限元计算结果分析了面外角对空间X形圆钢管相贯节点平面外抗弯承载力的影响,并在已有规范公式基础上,建立了考虑面外角影响的节点承载力计算式。研究结果表明:面外角有利于节点的正向平面外抗弯,但不利于节点的反向抗弯,面外角对支主管直径比小于0.6的节点抗弯承载力的影响较小,但对直径比大于0.75的节点的影响较大,改进后的计算式较好地反映了有限元分析结果。

圆钢管相贯节点静力单调与滞回性能研究进展综述

钢管结构在大跨公共建筑和中高层建筑中应用广泛,相贯节点和圆钢管分别是钢管结构中常见的节点形式和构件截面形式之一。对国内外有关圆钢管相贯节点静力承载性能、非刚性性能和滞回性能方面的主要研究成果进行总结,在此基础上,提出对圆钢管相贯节点静力单调和滞回性能进一步展开研究的若干看法。

部分包覆T形蜂窝钢-混凝土组合梁受弯性能试验研究

进行了2个主钢件为T形蜂窝钢的部分包覆钢-混凝土组合梁(PECCS-T梁)的静力单调弯矩加载试验研究,并将其与已有的部分包覆H形蜂窝钢-混凝土组合梁(PECCS梁)的试验研究结果进行对比,考察主钢件受压翼缘对组合梁受弯性能的影响,并研究用钢量相近情况下增大蜂窝式主钢件截面扩张比对PECCS-T梁受弯性能的影响。研究结果表明:PECCS-T梁的破坏模式与PECCS梁的破坏模式不同,表现为受拉钢翼缘屈服后受压区混凝土被压碎。组合梁中的受压钢翼缘能有效地约束混凝土,显著提高组合梁的抗弯承载力、变形能力和延性。PECCS-T梁按主钢件最大削弱截面计算得到的理论值Mu与试验值Mtest比较接近。增大T形主钢件的截面扩张比,能够有效提高PECCS-T梁的抗弯承载力,且保持变形能力不降低。

X型矩形钢管相贯节点平面内抗弯刚度研究

在分析平面内弯矩作用下节点有限元模型的局部变形特征和借鉴前人将节点强度计算的塑性铰线模型改进用来建立T型节点轴向刚度计算模型的基础上,建立用于X型矩形钢管相贯节点平面内抗弯刚度计算的6杆系模型,并利用最小势能原理确定6杆系模型中每根杆的跨度和截面宽度,在分析确定了每根杆的边界条件后推导出节点平面内抗弯刚度理论公式.通过对节点板壳有限元模型计算所得数据进行单参数分析,研究各参数对节点抗弯刚度的影响,在此基础上修正节点刚度理论公式,并利用多元回归分析技术,最终建立可用于工程计算的节点平面内抗弯初始刚度参数化公式,并通过有限元计算结果来校验其合理性.

主支管截面高度比大的矩形钢管偏心相贯节点平面外抗弯承载力

通过有限元计算获得支主截面高度比(简称高度比)不小于0.9的十字形矩形钢管偏心相贯节点的平面外抗弯承载力,并利用参数分析和回归分析,建立高度比不小于0.95、基于“主管侧壁挤压屈曲”破坏模式的矩形钢管偏心相贯节点的平面外抗弯承载力计算式。结果表明:前文基于“主管表面屈服”破坏模式的偏心相贯节点抗弯承载力计算式的高度比适用范围可从0.85推广至0.9,所提出的计算式适用于高度比为0.95~1.0的偏心相贯节点的抗弯承载力,对于高度比为0.9~0.95的节点,建议取两个节点承载力计算式的较小值。

平面KK型圆钢管相贯节点平面外受弯性能研究

对平面KK型圆钢管相贯节点在不同荷载形式(工况)下的平面外受弯性能进行研究。进行几何构造相同的两个节点试件在同向(KKBH-1)、反向(KKBH-2)平面外反复弯曲作用下的滞回试验。介绍节点试验的方案与测试原理,考察不同荷载形式下节点的受力性能和破坏模式。研究结果表明,无论哪种荷载形式,节点的破坏模式均为相贯线附近焊缝热影响区主管管壁冲剪破坏,节点均表现出较好的延性与抗震性能;节点更多是依赖主管管壁开裂后裂缝的扩散及塑性变形来耗能,尤其是对于KKBH-1试件;KKBH-1的屈服荷载与极限承载力均低于KKBH-2,但延性略强于KKBH-2。试验研究及应用有限元软件ABAQUS的分析均表明,不同的荷载形式对节点的受力性能影响较大,KKBH-1表现出节点承载力低于构件承载力的性能,而KKBH-2则相反。

十字形圆钢管节点平面内受弯滞回性能试验研究

为研究十字形圆钢管节点的面内受弯滞回性能,进行了2个支主管直径比不同的节点在平面内往复弯矩作用下的试验研究。研究结果表明:节点以主管管壁的塑性变形和裂纹扩展为主要耗能方式,加载后期的支管根部塑性变形对耗能也有一定贡献;节点破坏模式为节点域主管管壁经历较大塑性发展后撕裂,节点的变形能力和延性较好;节点的荷载—位移滞回曲线饱满,表现出良好的滞回特性。试验所得节点的抗弯承载力比规范计算值提高了17%~23%,通过对比中等节点和较大节点的支主管直径比,发现较大节点的主管管壁塑性发展更为均匀,抗弯承载力更高,耗能更大,延性更好。

减压环在被动柔性防护网中的耗能作用研究

基于落石防护措施受力系统的复杂性及不同系统参数研究的有效性角度考虑,数值方法正成为研究被动柔性防护网动态受力行为的重要手段。为研究被动柔性防护网中的减压环在落石冲击作用下的耗能及缓冲作用,以实际被动柔性防护网为原型,建立含减压环及不含减压环的两种被动柔性防护网有限元模型,基于ANSYS/LSDYNA分析两种防护网在不同冲击能量及冲击位置下的动力响应。研究结果表明:减压环可增强被动柔性防护网的柔性、改善作用部位的性能,同时能显著地提高被动柔性防护网的耗能能力。同时,数值结果的对比分析为下一步试验设计以校正有限元模型和研究实体构件受力特征提供了参考依据。