火灾后方截面CFDST构件偏压机理分析

为了研究火灾后方截面中空夹层钢管混凝土柱(CFDST)的偏压力学性能,采用ABAQUS软件建立有限元模型,考虑火灾受火时间、偏心距和空心率等因素,合理分析构件载荷-跨中挠度关系曲线,深入揭示方截面CFDST偏压工作机理。结果表明:随着火灾受火时间的增加、偏心距和空心率的增大,构件偏压极限承载力均呈降低的趋势;构件的延性随着受火时间、空心率和偏心距的增加而变好;整体上看,受火时间60 min时中空夹层钢管混凝土构件主要是由混凝土承担载荷,混凝土和外钢管分别占总承载力的44.96%和37.48%,内钢管所承担的载荷仅占17.56%。

鸟嘴式K形间隙节点应力集中系数参数化建模与分析

鸟嘴式节点是一种新型的焊接方钢管节点,由于其构造上的独特性,以热点应力为目标的参数化建模分析过程较为复杂。针对常见的K形节点形式,以鸟嘴式K形间隙节点的四个无量纲参数为主要变量,建立了一套可靠高效的参数化建模方法。有限元建模基于ANSYS参数化设计语言(APDL),充分考虑鸟嘴式K形间隙节点鞍部和冠部区域的几何特征,同时准确模拟角焊缝几何尺寸的影响,实现了焊趾热点应力的精细化分析和自动化提取。另外,参照国际焊接协会疲劳设计指南建议的热点应力确定方法,在焊趾外侧设立热点外推区,并对其进行网格二次划分,以满足热点应力外推计算的需求。通过与已有试验数据对比,验证了有限元模型的准确性。在此基础上开展参数化分析,发现了鸟嘴式K形间隙节点应力集中系数(SCF)随无量纲参数的变化规律。并通过数值拟合提出了相应的SCF计算公式,可用于此类新型节点的抗疲劳设计和疲劳性能评估。

截面方钢管支撑的弹塑性稳定性研究

结合轴心受压构件整体失稳的内力和变形特点,提出了变截面方钢管支撑。采用试验研究和有限元分析相结合的方法,研究变截面方钢管支撑的弹塑性稳定性,研究了用钢量相同情况下楔率对变截面方钢管支撑弹塑性稳定极限承载力的影响。研究结果表明变截面方钢管支撑在两端截面不变的情况下,随着楔率增大,稳定承载力明显提高,而且下降段更平缓,变截面方钢管稳定性优于等截面的情况。在用钢量相同的情况下,长细比较大时,变截面可以提高支撑的稳定承载力,适合应用在低烈度设防的框架-支撑体系中。长细比较小时,变截面可以改善支撑失稳后的受力性能,适合应用在高烈度设防的框架-支撑体系中。

变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁隔板贯通节点抗震性能试验研究

通过对变截面方钢管轻骨料混凝土柱-H钢梁圆弧扩大头隔板贯通节点和基本型节点进行低周往复加载试验,分析了该类节点的破坏形态、滞回性能、延性、承载力、刚度退化与耗能能力等。结果表明:隔板圆弧扩大头节点先在隔板圆弧扩大区形成塑性铰,随后梁腹板焊接孔开裂,梁翼缘对接焊缝延性拉断;基本型节点在梁翼缘对接焊缝侧边开裂,裂纹扩展迅速至脆断;隔板圆弧扩大头构造明显提高了节点延性和耗能能力,有效降低了节点区焊缝过于密集和焊接热影响区的交叉影响,避免了梁翼缘对接焊缝处的应力集中和过早脆断;隔板圆弧扩大头节点的承载力、塑性转角和耗能能力较基本型节点分别提高16.09%~22.25%、17.34%~63.94%和24.97%~44.32%;加载到节点破坏时,节点域和柱内轻骨料混凝土未发生压碎、剥离、拉裂或滑移破坏,说明该类节点的抗震性能主要受钢梁与隔板间焊缝影响。

隔板贯通变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-箱梁节点抗震性能试验

对折线隔板贯通变截面方钢管轻骨料混凝土边柱-钢箱梁节点和基本型节点进行了循环加载试验,获得了节点的破坏模式、滞回曲线、塑性转角、耗能能力、节点域应变演化等抗震性能指标.结果显示,上隔板与小截面柱间焊缝的剪应变远大于下隔板与大截面柱间焊缝;基本型节点在几何突变剧烈的梁翼缘对接焊缝侧边、梁腹板角焊缝端点及构造复杂的梁腹板焊接工艺孔处脆断;折线隔板节点的典型破坏模式为折线隔板段形成塑性铰、极限加载时焊接工艺孔处梁腹板屈曲和开裂、塑性铰区隔板断裂、梁腹板竖向角焊缝开裂.折线隔板节点的极限承载力、塑性转角和耗能能力较基本型节点分别增加40.2%~58.6%、22.7%~44.6%和65.7%~118.6%.

考虑板件间相关作用的热轧方矩钢管短柱轴压局部稳定性能研究

对轴心受压作用下热轧方矩钢管短柱的局部稳定受力性能和设计方法进行研究。采用ABAQUS建立有限元分析模型,考虑了构件不同初始缺陷以及残余应力分布的影响,并用收集到的试验数据验证有限元模型的可靠性。在此基础上,对不同高宽比,腹板高厚比以及正则化宽厚比的截面进行参数分析。结果表明,对于较薄柔的截面,板件相关作用对构件的轴压极限承载力的影响很大,设计公式应当予以考虑。将参数分析结果与欧洲、美国、中国钢结构设计规范以及直接强度法中方矩管截面局部稳定设计曲线进行对比,并提出了考虑板件相关作用的修正直接强度设计方法。结果表明修正后的直接强度法设计公式与有限元计算结果吻合很好,计算结果更为合理。