新型铝合金花环齿槽形组合节点滞回性能试验研究

板式节点是目前铝合金单层网壳最常用的节点,其主要通过上下盖板将铝合金梁的翼缘进行连接,而在腹板处并无连接,导致梁腹板的力学性能不能充分发挥。为弥补板式节点的这一不足,提出一种新型铝合金花环齿槽形组合节点(FGC节点),并通过拟静力试验探明了FGC节点的滞回性能。试验结果表明,FGC节点的滞回曲线包含4个阶段:弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压-刚度退化阶段和失效阶段,而并无明显强度退化阶段。对比板式节点和FGC节点的试验结果可以发现,FGC节点具有更好的承载能力、变形能力和耗能能力。随着盖板厚度的增加,FGC节点的极限荷载增加,但是耗能能力降低。随着上下盖板半径的增加,FGC节点的极限荷载和耗能能力逐渐增强。随着盖板厚度的增大,增加花环齿槽体的刚度对FGC节点滞回性能影响减小。

新型铝合金花环齿槽节点的抗剪性能试验研究

单层铝合金网壳具有自重轻、耐腐蚀、外形优美等诸多优点,近年来被广泛应用于大跨空间结构。由于板式节点构造简单且安装方便,已成为单层铝合金网壳最常用的节点形式之一。但由于该节点仅通过盖板与铝合金梁的翼缘连接,而与腹板并不连接,导致其抗剪承载力及面内轴向刚度严重不足,容易发生失稳破坏,不能满足大跨度铝合金网壳对节点性能的需求。为此在现有节点的基础上,提出一种新型花环齿槽组合节点。为探究新型铝合金花环齿槽节点的抗剪性能和破坏形态,对新型节点和传统板式节点进行了抗剪试验,获得了两种节点在面外荷载下的失效模式和荷载-位移曲线,并分析了新型花环齿槽节点的抗剪性能。运用ABAQUS软件对新型节点的加载全过程进行数值模拟分析,并验证了有限元模型的可靠性。结果表明,板式节点的破坏模式主要表现为盖板的拉剪破坏,铝合金梁并未发生明显的弯曲破坏;新型节点的破坏模式主要表现为铝合金梁的弯曲破坏,盖板发生翘曲以及花环齿槽体撕裂,这主要是由于新型节点中的花环齿槽体有效分担并传递了很大一部分剪力。花环齿槽体改变了传统板式节点的传力方式和破坏形态,将铝合金梁腹板连接成一体,更加有效地分担并传递了剪力,减轻了盖板的剪力负担,提高了节点的抗剪性能,从而改变了板式节点脆性破坏的缺点,使其具有良好的延性和耗能能力。由于新型节点的中心区域设置了花环齿槽体,因此相对于传统板式节点,新型节点的抗剪承载力提高了47.4%,抗剪刚度提高了103.9%,具有良好的工程应用前景。对新型节点的有限元分析结果表明,有限元解析得到的荷载-位移曲线的线性段吻合较好,与实测位移的误差在5%以内,抗剪承载力误差仅为0.14%,验证了有限元模拟结果的可靠性。当新型节点承受极限荷载时,上、下盖板与杆件相接的部位应力较大,而上盖板大部分区域都进入了塑性,下盖板仅小部分区域进入塑性,螺栓孔处以及花环齿与槽体的交接处均出现应力集中现象。