圆钢管KK型搭接节点内隐藏焊缝焊接与否有限元分析

以实际工程中的圆钢管KK型搭接节点为基础,利用ANSYS非线性有限元法建立分析模型并分析了该节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下的破坏模式,及搭接节点的支主管管径比β、径厚比γ、支主管厚度比τ等参数变化对节点极限承载力的影响.分析了在低周往复荷载作用下,搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下的滞回性能,并给出了滞回曲线.搭接节点的ANSYS有限元分析结果表明,搭接节点的隐藏焊缝焊与不焊对节点最终破坏模式影响不大,对节点承载能力的影响也不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能优于隐藏焊缝焊接节点.为了使节点构造简单并便于施工,建议实际工程中的隐藏焊缝可以不焊接,此结论在后续的实验研究中还需要进一步的验证,以拓展该节点的反问题研究.

管桁结构K型搭接节点滞回性能有限元数值分析

在管桁结构中,对于搭接节点隐藏焊缝焊与不焊的问题,现行钢结构设计规范GB50017-2003对此部分焊接未作明确要求.为揭示K型搭接节点隐藏焊缝焊接与否对节点抗震性能的影响,在试验研究的基础上,采用ANSYS有限元软件中的三维四节点弹塑性壳单元shell181建立有限元模型,对管桁结构K型搭接节点隐藏焊缝焊接与否进行了数值模拟,得到了2种不同焊接方式下的K型节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域的应力分布.分析结果表明:隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能优越于隐藏焊缝焊接的节点;搭接节点的最大应力主要发生在两腹杆的搭接处,为此搭接节点的搭接率尽量要小点;ANSYS有限元结果与试验数据的吻合度较好,说明相贯节点的滞回性能的试验通过有限元模拟分析是可行的.

钢管结构K型搭接节点滞回性能参数分析

为揭示K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊对节点抗震性能的影响,优化了该类节点的施工工艺.按照影响钢管结构搭接节点的关键参数β、γ、τ,设计了基本试件及参数试件,采用ANSYS非线性有限元法,对钢管结构K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊进行了数值模拟,得到了各参数试件的滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震性能指标.研究结果表明,β、γ、τ参数变化对节点承载力的影响不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能及延性优越于隐藏焊缝焊接的节点.支主管直径比β越大,节点延性越好;主管径厚比γ越大,节点延性越差.支主管厚度比τ对节点延性影响不大,尤其是τ对隐藏焊缝不焊接节点的延性基本没有影响.

管桁结构KK型搭接节点滞回性能的数值分析

在管桁结构中,对于搭接节点隐藏焊缝焊与不焊的问题,现行GB 50017—2003《钢结构设计规范》对此部分焊接未作明确要求.为揭示KK型搭接节点隐藏焊缝焊接与否对节点抗震性能的影响,采用ABAQUS有限元软件中的4节点完全积分格式的壳单元S4建立有限元模型,对管桁结构KK型搭接节点隐藏焊缝焊接与否进行数值模拟,得到2种不同搭接方式下的KK型节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域的应力分布.分析结果表明:隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能优越于隐藏焊缝焊接的节点;搭接节点的最大应力主要发生在支管的搭接处,为此搭接节点的搭接率尽量要小;沿主管轴线方向有间隙,而垂直于轴线方向的支管两两搭接的KK节点的滞回性能更优越.

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.

中空夹层钢管混凝土K型搭接节点滞回性能

针对K型搭接节点隐藏焊缝不焊接承载力较低的问题,按主圆支圆、主方支圆2种节点形式设计了6个中空夹层钢管混凝土加强型K型搭接节点,对其进行低周往复加载试验。应用ANSYS软件对试验试件进行模拟,得到了节点的破坏模式、荷载-位移关系、应力分布规律,对节点的承载力、延性、耗能、刚度退化等抗震指标进行分析。结果表明:主管夹层灌混凝土提高了节点刚度、承载力及耗能能力,主管夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土对节点的加强效果基本相同;未加强节点的应力主要集中在节点域主管表面,破坏模式为主管表面塑性破坏,加强节点的应力主要集中在支管,以支管拉裂破坏为主,主管无明显变形。模拟结果与试验结果吻合较好。

管结构主方支圆K型搭接节点滞回性能参数分析

为揭示主方支圆K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊对节点滞回性能的影响,按照参数θ,β,τ,Ov的变化,设计了12种节点试件,采用ANSYS非线性有限元法,对该类节点进行了数值模拟,得到了各参数试件的滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震性能指标.研究结果表明:参数θ,β,τ,Ov的变化对节点承载力的影响不是十分显著,YN节点的滞回及延性性能均优越于YH节点;随着θ,τ,Ov的增加,YN节点的滞回性能均有增加,随着β的增大,YN与YH节点的滞回耗能基本没变;不论是隐藏焊缝焊接与否,τ试件的能量耗散能力基本一致,参数θ,β,Ov对节点能量耗散影响明显,YN节点的能量耗散能力比YH节点优越.

钢管结构加强型K型搭接节点的破坏准则及承载力分析

利用ANSYS10.0对未加强K-CCYN、K-CCYH节点,加强的K-CCE、K-CCC节点分别建立有限元模型,分析隐藏焊缝对搭接节点静力性能的影响,及隐藏焊缝不焊接而通过垫板和混凝土两种加强方式对节点进行加强的可行性;对不同节点在静力荷载下的破坏模式及承载力情况作对比分析.结果表明:相对隐藏焊缝不焊接的未加强节点,隐藏焊缝焊接节点的承载力提高约16%,并改变了节点的破坏模式;主管管壁垫板加强和主管灌混凝土加强的节点承载力均有提高,分别提高约34%和约27%;垫板能改变节点的传力路径,有效避免节点处的应力集中,使其受力更均匀;垫板长度变化对承载力影响可以忽略,垫板厚度对节点承载力提高不足1%.采用垫板和混凝土对节点加强,加强节点受力显示出优越性.综合考虑各因素,垫板和混凝土两种加强方式优先选择垫板加强的方式.

不同焊接方式下圆钢管K型搭接节点有限元分析

平面圆钢管K型搭接节点是钢管结构节点主要形式之一,国内外对圆钢管K型搭接相贯节点隐藏焊缝焊接与否对节点承载力的影响研究相对较少,我国现行钢结构设计规范对此也未作明确要求.为了了解圆钢管K型搭接节点的隐藏焊缝焊接对节点极限承载力的影响,利用ANSYS有限元法分析了搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下的受力性能.总结了支主管直径比、主管径厚比、支主管壁厚比以及内隐藏焊缝焊接状况等因素对节点极限承载力的影响,以供工程设计人员参考.

钢管桁架结构主方支圆K型搭接节点滞回性能分析

利用非线性有限元法对主方支圆K型搭接节点的滞回性能进行了数值模拟,得到了该节点在不同参数β、τ、θ、Ov%影响下的滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能性能。研究表明,节点在支主管夹角θ影响下,随着θ值的增加,滞回性能增强;节点在支主管径宽比β影响下,随着β值的增加,滞回性能减弱;节点在支主管厚度比τ、搭接率Ov%影响下,滞回性能增强得不明显。

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%.

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。

圆钢管并联K型搭接节点与K型节点承载力对比分析

圆钢管并联K型搭接节点是一种用在空间结构中新型节点形式,采用ANSYS有限元软件[1、2]对圆钢管并联K型搭接节点进行了数值分析,为了简化分析,没有考虑杆件偏心(规范中指出当节点为允许范围内偏心构造时,节点的受拉弦杆及腹杆设计可以忽略此偏心),仅考虑了材料非线性和几何非线性,考察了这种节点的破坏模式、节点的变形过程、应力和塑性区的分布规律等重要的受力性能,分析了节点承载力的主要影响参数和这些参数对极限承载力影响的关系曲线,将并联K型节点的有限元结果与平面K型节点的有限元结果和国内规范提出的K型节点设计公式进行了对比,提出了一些设计建议。

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K型圆钢管搭接节点滞回性能的有限元分析

节点作为结构的关键部位,其静力承载力及滞回性能的研究具有重要的现实意义。本文采用ANSYS有限元分析计算,探讨了平面K型圆钢管搭接节点的受力性能、破坏模式、滞回性能下极限承载力以及搭接率、内隐蔽部分焊接与否、节点处集中荷载和各几何参数对节点承载力性能的影响。

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.

K型圆管相贯节点的滞回性能分析及试验

节点作为空间结构最重要的组成部分,其在反复荷载作用下的荷载—变形曲线(滞回曲线)是对其延性、耗能能力、强度、刚度等力学性能的综合反映。对K型搭接相贯节点内隐藏焊缝焊与不焊两种模型在弦杆轴向往复荷载作用下进行试验研究和有限元模拟计算,对比分析得到节点试件的破坏模式和滞回曲线,同时有限元模拟分析所得结果和试验所得结果较为吻合。结果表明:隐藏焊缝焊接节点破坏时是局部的,最终是搭接管在焊缝处被拉断;不焊节点的破坏模式是焊缝整体破坏,隐藏焊缝不焊对节点承载力的影响不能忽视。通过有限元模拟分析来代替相贯节点滞回性能试验是可行的。

钢管结构K型相贯节点的静动态极限承载力

平面K型节点是钢管结构节点主要形式之一。对平面K型圆钢管搭接节点在静力荷载和冲击荷载作用下的弹塑性响应和极限承载力进行了非线性有限元分析。首次得到相贯节点的动力极限承载力,发现节点的动力极限承载力一般小于静力极限承载力。K型圆钢管搭接节点在静、动荷载作用下弹塑性力学特性有较大的区别,节点动力破坏主要发生在节点相贯处,规范计算公式给出的节点静力极限承载力是偏于保守的,所得计算结果和结论对实际工程有一定的应用价值。

施工工艺对空间KK型圆钢管搭接节点静力性能的影响研究

不同的施工工艺对平面内外均搭接的圆钢管(CHS)空间KK型节点的静力性能会产生影响,为确定这种影响的大小,根据内隐蔽区焊接方式及插板布置方式的差异,共完成了9个节点静力试验,其中5个试件主要考察内隐蔽焊缝焊接方式的影响(未设置插板),2个试件设置插入弦杆的纵向插板以规避平面外搭接内隐蔽区焊缝,2个试件设置纵横向插板以规避所有内隐蔽区焊缝。通过试验考察了各空间搭接节点的受力性能和破坏模式,对比了内隐蔽区是否焊接、纵向插板是否插入弦杆,以及横向插板等对节点性能的影响。结果表明,内隐蔽区是否焊接对节点的应力分布有一定影响,但对节点承载力的影响较小;不插入弦杆的纵向插板在规避平面外搭接内隐蔽区焊缝的同时使节点承载力略有提高;插入弦杆的纵向插板对节点整体性能的加强作用显著,但同时降低了节点的延性;横向插板对节点性能的影响很小。采用经试验验证的有限元模型分析了内隐蔽区是否焊接及纵向插板对具有不同几何参数的节点承载力的影响,并综合试验分析结果给出了设计此类节点的建议。