方钢管灌浆连接节点轴压性能试验研究

模块装配式钢结构中不同模块间的连接方式对节点的承载能力和结构整体安全有着重要影响.借鉴海上风机桩-基础连接对已有的钢模块间方钢管梁柱节点连接方式进行改进,提出一种带有抗剪键的灌浆连接方式.为了研究灌浆连接抗剪键设置准则,设计了7个方钢管灌浆连接试件并进行了轴压测试,研究了抗剪键的高度h和间距s对试件极限承载能力的影响,并调查了各试件的破坏模式.研究结果表明,外套筒钢材的强度需要和灌浆料强度进行适度的匹配.此外,增加抗剪键的数量可以显著提升试件的极限承载能力,但随着h/s变小,抗剪键提升承载能力的效率会降低.抗剪键数量一定的情况下,适当的增加抗剪键间距s能够略微提升试件的极限承载能力.

方钢管柱与桁架梁十字形节点滞回试验研究

提出了一种基于柱座式的装配式方钢管柱-桁架梁连接节点,以实现现场高效率、高精度的层装配式钢结构建筑的建造。该节点主要由柱座、带法兰方钢管柱和桁架梁等组成,其中柱座与桁架梁在工厂完成焊接,现场通过高强度螺栓将柱座与上下柱完成装配。为了研究该新型节点的抗震性能,对3个足尺十字形方钢管柱-桁架梁连接试件进行了滞回加载试验,考察了各试件的破坏模态,评估了梁柱截面尺寸及轴压比对滞回曲线、极限承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标的影响规律。试验结果表明:3个试件均表现出良好的抗震性能,各个试件的破坏均始于桁架梁弦杆或腹杆的局部屈曲,结束于桁架梁弦杆或腹杆的开裂;柱壁厚及桁架梁弦杆厚度对试件的承载能力和初始刚度均有显著影响,而轴压比对试件的抗震性能影响较小。加载过程中所有试件的柱座并未发生破坏、法兰板之间无明显滑移,且柱座与桁架梁之间的裂缝未出现撕裂现象,满足“强节点,弱构件”的抗震设计原则。

糙木家具中的榫接合结构设计

糙木家具活泼婉转的形态特点以及多样的结构形式,决定了糙木家具的榫卯接合形式是非传统的精密接合。本文指出了糙木家具榫卯配合的三种形式,归纳了糙木家具方形截面构件与圆形截面构件榫接合的四种基本形式以及两种圆形构件间的榫接合形式,用以指导糙木家具榫结构设计,为相关厂家制作糙木产品提供技术支撑。

高强方钢管-混凝土-圆钢管组合短柱轴压性能

为研究高强方钢管-混凝土-圆钢管(HSCS)组合短柱的轴压性能,以环混凝土轴心抗压强度(f ck)、外高强方钢管的抗拉强度、壁厚和宽度、内圆钢管的抗拉强度、壁厚和直径,以及试件的长细比和空心率等为控制参数,共设计27根试件。基于合理的材料本构模型、网格合理性分析和既有试验试件验证分析,确定该模型的预测精度,进而获得各个参数对足尺寸HSCS组合短柱轴压性能的影响规律。结果表明:随宽度、壁厚、内钢管抗拉强度、外钢管抗拉强度和混凝土抗压强度的增加,HSCS组合短柱的轴压承载力显著提高;随试件空心率增加,组合短柱的轴压承载力逐渐减小,建议空心率最佳取值为0.1~0.3。HSCS组合短柱轴压承载力计算表达式具有较高的预测精度,可满足工程实践需要。

X型插板焊接方管节点轴压承载力的有限元分析

以X型插板焊接方管受压节点的试验数据为基础,运用ABAQUS软件对节点进行了模拟分析,校验了节点轴压极限承力、应变分布和破坏模式等方面的非线性有限元建模方法.研究结果表明:在承受轴压作用时,节点焊缝附近的插板局部屈曲,平面外失稳而倾斜;插板板厚相对于方管的较小,工程中应采取增加插板厚度或在插板两边设置加劲肋等加强措施;节点的塑性变形能力较差,使得破坏呈脆性.

高铁虹桥站钢桁架-钢管混凝土柱节点性能试验研究

最近建设完成的京沪高速铁路上海虹桥站结构中,有一种钢桁架-钢管混凝土柱焊缝连接的新型节点,该节点构造和受力性能极其复杂。本文对该节点进行了1∶4缩尺模型承载力试验研究,介绍了如何实施对该复杂节点加载的试验方法,讨论了节点的受力性能、薄弱环节和破坏模式。试验表明该节点构造设计有效,具有足够的承载力,可达到设计荷载的3倍,并具有良好的塑性变形能力。但是,节点也显示出薄弱坏节,表现为在钢桁架受拉斜腹杆翼缘与节点环板竖向加劲肋的焊接部位出现开裂现象。建议适当增大受拉斜腹杆端部的翼缘弯折曲率半径,平缓腹杆向竖向加劲肋的传力,可使节点性能得到进一步完善。

方钢管柔性法兰连接节点性能有限元分析

针对方钢管柔性法兰连接,在由屈服线理论推导得到的公式基础上,通过有限元分析,揭示了影响节点连接承载力的因素。

X形方圆钢管相贯节点超低周疲劳断裂试验研究

为研究焊缝类型和内加肋板对钢管相贯节点超低周疲劳性能的影响,开展了3个X形方圆钢管相贯节点的超低周疲劳试验,研究了节点的破坏形态,分析了节点处的应变分布规律,得到了节点的疲劳寿命。试验结果表明:3个X形方圆钢管相贯节点的裂纹均起始于节点的鞍点位置,角焊缝和熔透焊缝X形方圆钢管焊接相贯节点均呈现出冲切破坏特征,并且焊缝形式未对节点的变形能力和疲劳寿命产生明显的影响。主管采用的内加劲肋的节点呈现出拉伸断裂破坏特征,其变形能力较差,并且断裂破坏前没有明显的表面裂纹,断裂突然发生,因此在较高烈度的地震设防区,从节点的抗断裂性能和变形能力考虑,在工程设计中,不建议采用主管内加劲肋来提高节点的承载能力。

斜撑对方钢管柱-桁架梁节点抗震性能影响试验

为实现施工现场绿色、高效率、高精度的模块化装配式钢结构建筑的建造,分别提出基于柱座式的带斜撑和不带斜撑的装配式方钢管柱-桁架梁节点。共设计4个十字形足尺试件,并对其进行滞回加载试验。分别考察梁破坏和斜撑破坏模态下试件的抗震性能,探究两种破坏模态产生的原因。评估斜撑对节点极限承载力、延性、刚度以及能量耗散能力等抗震性能的影响,分析两种破坏模态下节点的传力机制,并结合破坏模态和受力特性分别给出带斜撑和不带斜撑节点的设计建议。结果表明:不设置斜撑的试件表现出良好的塑性变形和能量耗散能力等抗震性能;斜撑的设置不仅有效地将塑性铰由桁架梁转移到斜撑端部,而且大幅度地提高节点的承载力和刚度,但在斜撑破坏前桁架梁塑性变形能力受限。整个加载过程中,4个试件的柱座与桁架梁之间的连接未出现破坏,且柱子与柱座之间的法兰板未出现明显的滑移现象,该柱座式连接可靠。

方钢管柱-H型钢梁槽钢连接节点受弯性能试验研究及有限元参数分析

槽钢转换件构造简单,可实现方钢管柱与H型钢梁的高效装配连接。为研究该类节点的受弯性能,完成1个竖向槽钢和3个横向槽钢连接节点受弯试验,获得节点破坏形态、受弯承载力、应变分布等性能指标;并通过有限元参数分析考察了槽钢尺寸、厚度和构造对节点受弯性能的影响规律。结果表明:槽钢连接节点均表现为半刚性,横向槽钢节点比竖向槽钢节点转动能力更大;无加劲和槽钢间加劲节点的受弯性能基本无差别,其承载力及初始刚度较低,且均低于竖向槽钢节点;横向槽钢内加劲节点的受弯承载力最高,比竖向槽钢节点高51%;槽钢连接较好保护柱翼缘,试件均出现槽钢及端板屈服的破坏形态。影响横向槽钢节点受弯性能的关键参数是槽钢腹板和梁端板的厚度,当两者分别大于10 mm和15 mm时,槽钢内加劲节点的受弯承载力可超过梁的屈服弯矩,实现强节点设计。

中空夹层薄壁钢管混凝土柱偏心受压性能研究

为考察偏心距和长细比对采用带纵向加劲肋的薄壁外管中空夹层钢管混凝土柱受力性能的影响,进行5个方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土长柱的偏压试验。试验结果表明：构件的极限荷载随着偏心距和长细比的增大而下降;该类构件的延性低于传统中空夹层钢管混凝土柱。针对试验模型,对中空夹层薄壁钢管混凝土偏压柱进行了有限元模拟,有限元计算结果和试验结果吻合较好。基于有限元模型开展了机理分析和参数分析,结果表明：外部薄壁钢管的约束主要集中在横截面角部很小的范围,核心混凝土承担了大部分荷载;混凝土强度、钢材屈服强度、径厚比、径宽比、长细比直接影响轴力-弯矩相关曲线的形状。基于研究成果,提出了中空夹层薄壁钢管混凝土柱偏心受压时承载力的简化计算式,供工程实际参考。

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.