平面KT型圆钢管搭接节点有限元参数分析与承载力公式研究

采用有限元软件,通过合理选用边界条件、加载方式、单元形状与类型、材料以及其几何非线性模型等建立有限元模型,以文献[1]试验结果为基础,验证了模型的可靠性.参数化分析结果表明:被搭接支管受压时,其隐蔽部分是否焊接对节点承载力影响不大;被搭接支管受拉时,隐蔽部分是否焊接对节点承载力有较大影响.几何参数β(支管主管直径比)、γ(主管径厚比)对平面KT型圆钢管搭接节点承载力有显著影响,且β、γ的值对节点承载力也相互影响.γ较小时,τ对节点承载力有显著影响,γ较大时,τ对节点承载力影响不大.搭接率Ov对节点承载力影响不显著.利用多元线性回归分析技术,对有限元参数化分析结果进行回归分析,得到平面KT型圆钢管搭接节点承载力参数公式.最后,从适用性、安全性、连续性等方面验证了参数公式的可靠性.

平面KT型圆钢管搭接节点有限元参数分析与承载力计算

以平面KT型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,从节点破坏模式、变形过程和承载力等方面对节点的非线性有限元建模方法进行校验。研究揭示了贯通直腹杆受压搭接节点的破坏过程和塑性区扩展情况,重点考察了贯通直腹杆受压且内隐蔽部分焊接的搭接节点几何参数和内隐蔽部分焊接与否对节点承载力的影响。有限元参数分析结果表明:腹、弦杆直径比和弦杆径厚比的变化对搭接节点的承载力影响较大,而腹、弦杆壁厚比和搭接率影响较小;内隐蔽部分未焊接明显降低贯通直腹杆受压的搭接节点承载力;KT型圆钢管搭接节点承载力均大于相应的KT型和N型零间隙节点承载力。最后,在N型零间隙节点承载力计算公式的基础上,应用多元线性回归方法拟合出平面KT型圆钢管搭接节点的承载力计算式;该计算式与试验结果吻合良好,且具有较好的连续性和适用性。

平面KT型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究

通过对3个平面KT型圆钢管搭接节点的静力单调加载试验,考察节点中内隐蔽部分焊接与否、腹杆搭接顺序等对KT型搭接节点的受力性能和破坏模式的影响,并最终考察其节点承载力。试验结果表明,平面KT型圆钢管搭接节点的受力性能、破坏模式均与间隙节点有所不同;隐蔽部分未焊接较隐蔽部分焊接的节点承载力有一定降低;受压斜腹杆作为贯通腹杆较直腹杆作为贯通腹杆的承载力略有降低。

平面K型主方支圆钢管搭接节点承载力参数分析

采用ANSYS非线性有限元法,对主方支圆K型搭接节点的搭接率Ov、支主管径宽比β、支主管厚度比τ、主管宽厚比γ及支主管夹角θ等几何参数关于此类节点极限承载力的影响进行数值分析,得到Ov-P、β-P、τ-P、γ-P、θ-P的关系图.研究表明,不论是贯通支管受拉还是受压,各参数与承载力的关系在隐藏焊缝焊接与不焊接情况下总体变化趋势是一致的;隐藏焊缝焊接节点的承载力高出隐藏焊缝不焊接的节点10%左右;随着参数Ov、β、τ的增加,节点的极限承载力呈线性增加;随着参数θ的增加,节点的极限承载力呈下降趋势;各参数中,搭接率是影响隐藏焊缝焊接与否的关键参数.

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。

直接焊接KT型搭接方管节点破坏类型的有限元分析

利用ANSYS程序对KT型搭接方管节点的破坏类型进行了有限元分析,主要分析了支杆与弦杆边长比、弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比对节点破坏类型的影响。分析得出节点主要发生4种类型的破坏:受拉支杆一侧弦杆上表面局部屈曲破坏;弦杆上表面塑性破坏;受拉支杆强度破坏;弦杆弯曲破坏。弦杆无轴压作用时,弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比越小节点越易于发生第3类破坏,支杆与弦杆边长比为大值或小值时发生第3类破坏的节点均多于支杆与弦杆边长比为中间值的情况。弦杆有轴压作用时,随弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比增大,节点由较多发生第3类破坏过渡到第2类破坏,最后到第1类破坏。随着支杆与弦杆边长比增大,发生第1类破坏的增多,支杆与弦杆边长比为0.8的部分节点发生了第4类破坏。

平面内弯矩下Y型主方支圆钢管节点热点应力集中系数

文中采用有限元方法对平面内弯矩作用下的Y型主方支圆钢管节点进行数值分析,建立152个不同几何参数的Y型主方支圆钢管节点有限元模型,在模型中精确考虑主管和支管间焊缝的复杂几何形状。基于有限元分析结果,计算节点热点应力及热点应力集中系数,通过与文献试验结果的对比验证了数值分析结果的可靠性。对主、支管间焊缝的热点应力集中系数分布进行分析,结果表明,不同几何构型节点热点应力集中系数的分布形式基本相同,热点应力集中系数在?=0°(冠趾)、?=135°及?=180°(冠根)等关键位置达到最大值。讨论几何参数对关键位置热点应力集中系数的影响,并通过回归分析建立计算Y型主方支圆钢管节点关键位置热点应力集中系数的经验公式。经验公式结果与有限元分析结果吻合度较高,用经验公式计算Y型主方支圆钢管节点关键位置热点应力集中系数具有较高的准确性。

平面内弯矩作用下环口板加强T型圆钢管节点的承载力分析

环口板加固管节点是一种比较新颖的加固方法,施工方便快捷而且加固效果显著。运用有限元方法对平面内弯矩作用下的环口板加固T型圆钢管节点的极限承载力进行了研究。对环口板加固T型圆钢管节点的面内弯曲承载力进行了参数分析,参数包括支管直径与主管直径比β,主管直径与2倍主管壁厚的比γ,环口板厚度与主管管壁厚之比τc和环口板长度与支管直径之比lc/d1等计算。结果表明,采用适当尺寸的环口板加固后的T型管节点的承载力相对于未加固T型管节点的承载力得到显著提高。改变环口板的厚度相对于改变环口板的长度对静力强度的提高更有效。最后,在参数分析的基础上提出了环口板加强型T型圆钢管节点在平面内弯矩作用下的承载力计算公式。

不同受力状态下N型圆钢管完全搭接节点力学性能研究

对正反对称Pratt桁架中出现的直腹杆受压及直腹杆受拉N型圆钢管完全搭接节点的静力性能进行了单调加载的试验研究.实施了1个直腹杆受压和1个直腹杆受拉N型圆钢管完全搭接节点试验.试验研究结果表明:直腹杆受压的破坏模式为直腹杆平面外倾斜及斜腹杆管壁表面塑性,直腹杆受拉的破坏模式为弦杆管壁与斜腹杆管壁表面塑性及母材开裂;欧3规范较中国规范精度更高,且直腹杆受压时中国规范偏于不安全;直腹杆受拉情况下节点承载力性能优于直腹杆受压情况下,极限承载力提高近42%.

平面外弯矩下Y型主方支圆钢管节点热点应力集中系数研究

对平面外弯矩作用下Y型主方支圆钢管节点进行了数值分析。基于不同几何参数,采用有限元方法建立Y型主方支圆钢管节点模型。依据有限元分析结果,计算节点热点应力及热点应力集中系数,并与已有试验结果进行对比验证。通过分析主、支管间焊缝的热点应力集中系数分布,得出热点应力集中系数的分布形式受节点几何构型的影响较小,且热点应力集中系数一般在鞍点处达到最大值。基于几何参数对鞍点处热点应力集中系数影响的分析结果,由回归分析建立计算Y型主方支圆钢管节点鞍点处热点应力集中系数的经验公式,并通过与有限元分析结果的对比,验证了经验公式计算结果的正确性。

圆钢管搭接节点延性分析

根据圆钢管搭接节点静力和滞回性能试验,对特定几何参数搭接节点的延性和塑性耗能能力进行了量化.由延性系数分析可知除SJ3的延性系数较低外其余搭接节点试件具有较好的延性;承受反复荷载作用时与单调加载时相比节点变形率低.由承载力储备分析可知反复荷载作用下试件的承载力储备较低,而静力荷载作用下试件的承载力储备均较大,说明承受反复荷载作用时节点的承载力储备降低.对于搭接节点τ(腹杆与弦杆壁厚比值)值较大时,节点承受反复荷载时的延性较差.由搭接节点耗能分析可知,总体看来各试件具有良好的耗能能力.

内置垫板加强T型管节点在平面内弯曲荷载作用下的静力强度研究

利用有限元分析软件ABAQUS对平面内弯曲荷载作用下内置垫板加强T型圆钢管节点的静力强度进行研究.有限元模型的有效性和准确性用T型圆钢管节点的实验结果验证通过之后,运用欧洲规范中提出的在平面内弯曲荷载作用下未加固T型圆钢管节点的承载力计算公式计算了20个未加固的T型圆钢管节点的静力强度,并运用提出的有限元模型计算了相应的320个涵盖不同节点几何参数和垫板几何参数的内置垫板加强的T型圆钢管节点模型的静力强度,对比加固与未加固节点的静力强度,详细分析了垫板几何参数对静力强度的影响和失效模式,结果表明垫板长度参数的改变对加固后的T型圆钢管节点的静力强度的影响不大,垫板厚度参数对静力强度的提高大致成线性影响.

弦杆弯折对圆钢管节点抗弯承载力的影响分析

对弦杆为折杆的圆钢管T型相贯节点平面内抗弯极限承载力研究的必要性和国内外目前的研究现状作了简述。对该类节点的平面内抗弯承载力破坏准则做出了定义。通过弦杆为直杆的T型节点平面内抗弯承载力有限元计算结果与《空心管结构连接设计指南》计算值比较,认为可以利用经过试验验证的板壳有限元方法进行弦杆为折杆的T型节点平面内抗弯极限承载力分析。研究结果表明,随弦杆弯折角度Φ值的增大节点抗弯极限承载力增大,弯折角度30°以内可以忽略由于弦杆弯折带来的节点抗弯承载力提高。通过单参数分析各参数对平面内抗弯承载力的作用趋势和影响大小。在一定的几何参数条件下,节点抗弯承载力大于杆件抗弯承载力。

平面K型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究

对平面K型圆钢管搭接节点的静力性能进行了静力单调加载的试验研究。实施了7个内隐蔽部分不焊接节点和3个内隐蔽部分焊接节点的试验。本文介绍了节点试验方案,考察了搭接节点的受力性能和破坏模式,并对内隐蔽部分焊接与否、焊脚尺寸、节点处集中荷载幅值以及腹杆搭接顺序对节点极限承载力的影响进行了讨论。试验研究结果表明,贯通腹杆受压时内隐蔽部分焊接与否虽然对节点的破坏模式和应力分布有一定的影响,但是对节点极限承载力影响较小;当腹杆与弦杆的壁厚相对值变小后,由于传力不均匀导致的腹杆局部破坏将成为主要破坏模式,而这一因素和所导致的承载力降低在既有的规范公式中尚未有相应的反映。

平面K型圆钢管搭接节点有限元参数分析与极限承载力计算公式

以平面K型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,从节点极限承载力、变形过程和破坏模式等方面对搭接节点的非线性有限元建模方法进行了校验。重点考察了贯通腹杆受压且内隐蔽部分焊接的搭接节点的应力分布、塑性区扩展和破坏模式,以及几何参数、腹杆搭接顺序变化、内隐蔽部分焊接与否对各类搭接节点性能的影响。有限元参数分析结果表明,腹弦杆壁厚比的变化对搭接节点的破坏模式和承载性能影响较大;内隐蔽部分未焊接对贯通腹杆受压的节点极限承载力影响很小,但对贯通腹杆受拉的节点极限承载力影响很大。最后,在零间隙节点承载力计算公式的基础上,应用多元线性回归方法拟合出搭接节点的极限承载力计算公式;该公式与试验结果吻合良好,且具有较好的适用性。

空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点有限元参数分析与极限承载力计算公式

空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点以承载力高、搭接率小以及空间交汇杆件较少的优势应用于空间钢管桁架结构体系。本文采用ANSYS程序中8节点Solid45实体单元对平面和空间圆钢管搭接节点试件进行了非线性有限元分析。在破坏模式、变形过程以及节点极限承载力方面将有限元计算与已有试验结果进行比较,证明运用实体有限元分析法求解节点的极限承载力是一种有效的方法。有限元参数分析重点考察了几何参数和弦杆轴向应力对空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点极限承载力的影响。在现有钢结构设计规范的基础上,通过对数值结果的回归分析,得到了该类搭接节点的极限承载力计算公式。研究结果表明:未加劲KK型双弦杆节点的极限承载力略低于未加劲K型单弦杆节点极限承载力,内加劲KK型双弦杆节点的极限承载力明显低于内加劲K型节点极限承载力;内加劲板对平面K型圆钢管搭接节点极限承载力可以起到很好的提高作用,但对空间KK型节点极限承载力提高并不明显。

X型厚壁圆管相贯节点平面外受弯抗震性能试验研究

采用相贯节点的圆钢管结构广泛应用于大跨度网格结构中,对于具有一定抗弯刚度的连接,节点将受到弯矩作用。介绍了两个不同几何参数的X型厚壁圆钢管相贯节点试件的平面外受弯滞回性能试验,结合数值分析,对节点承载能力和变形能力进行了研究。结果表明:在合理的几何参数和焊缝质量保证下,厚壁圆钢管相贯节点平面外受弯的承载力较高;厚壁圆钢管相贯节点在支主管径比β较大时节点易发生主管壁拉剪断裂破坏;在支主管径比β较大时延性等抗震性能较好,β较小时延性等抗震性能较差。

K形圆钢管搭接节点受力特点及极限承载力分析研究

K形圆钢管搭接节点在大跨空间结构中倍受青睐,但对于此类节点的受力特点和极限承载力及其影响因素至今还存在着诸多疑点和盲区。利用非线性有限元分析方法,对K形圆钢管搭接节点在不同搭接率条件下的受力性能进行研究,分析支主管直径比、主管径厚比、支主管壁厚比以及搭接关系、内隐藏焊缝焊接状况等因素对节点极限承载力的影响,并由模型数据回归出一套平面K形圆管搭接节点的有限元承载力公式。