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%.

不同加强措施下N型圆钢管相贯节点力学性能的试验比较

对承受支管轴力和主管轴力的N型圆钢管相贯节点(JD-A)、垫板加强节点(JD-B)、主管填充混凝土节点(JD-C)、主管填充混凝土和垫板加强节点(JD-D)试件进行了静力试验。综合比较了4种节点在破坏模式、受压支管轴力-主管管壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载力等方面的差异。试验结果表明:不同加强措施导致不同的节点破坏模式。研究结果显示,对主管填充混凝土能显著提高节点极限承载力,加垫板提高幅度不大,而当主管径向刚度已经很大时,加垫板可能反而降低节点的极限承载力。运用有限元分析对试验结果进行了验证,计算显示,有限元结果与试验结果吻合良好。

N型圆钢管相贯节点力学性能的试验研究

对承受支管轴力和主管轴力的N型圆钢管相贯节点、垫板加强节点、主管填充混凝土节点、主管填充混凝土和垫板加强节点试件进行了试验研究。综合比较了4种节点在破坏模式、受压支管荷载-主管管壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载力等方面的差异。试验结果表明,不同加强措施导致不同的节点破坏模式。填充混凝土能显著提高节点极限承载力,而加垫板提高幅度不大,但当主管径向刚度已经很大时,对主管加垫板可能反而降低节点的极限承载力。运用有限元方法对试验节点进行了非线性分析,得到了各试验节点的破坏模式、极限承载力、荷载-变形过程并与试验结果进行了比较。结果显示,二者吻合较好。

N型圆钢管相贯节点滞回性能有限元数值分析

相贯节点是钢管结构常用的节点形式,为评价普通及外贴钢板加强的N型圆钢管相贯节点的抗震性能,采用8节点实体单元分别建立两种节点的有限元模型,设置接触单元模拟加强钢板与节点主管之间的接触作用,对两种节点的滞回性能进行了有限元数值分析,得到两种节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域应力分布.两种节点的滞回曲线均呈有一定宽度的梭形,滞回性能良好;根据节点骨架曲线,外贴钢板使相贯节点极限承载力提高了25%以上.数值分析结果与相应试验结果基本一致,验证了有限元方法在相贯节点滞回性能研究中的适用性和可靠性.

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.

N型圆钢管加强节点的试验研究与数值模拟

对承受支管轴力和主管轴力的N型圆钢管相贯节点(JD-A)、主管填充混凝土节点(JD-B)试件进行了极限承载力对比试验.综合比较了两种节点在破坏模式、受压支管轴力-主管管壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载力等方面的差异.研究结果表明,对主管填充混凝土能显著提高节点极限承载力.通过计算可知,试验极限承载力与有限元结果的比值在1.02左右,JD-A试件的试验结果与我国规范公式承载力计算结果的比值为1.04.

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.

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.

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。

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。

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。

正对称Pratt桁架直腹杆受压大偏心N型圆钢管节点静力性能实验研究

对在正对称Pratt桁架中出现的直腹杆受压大偏心N型圆钢管节点的静力性能进行了单调加载的实验研究。实施了4个负向大偏心、4个正向大偏心和1个无偏心直腹杆受压N型圆钢管节点实验。该文介绍了节点实验方案,考察了直腹杆受压大偏心圆钢管节点破坏现象,给出了竖向荷载-端位移曲线以及应变强度分布曲线,并将偏心率对节点极限承载力、刚度和延性的影响进行了讨论。实验研究结果表明:节点实验值基本接近刚接理论值,节点可以按照刚接节点处理;节点由负向大偏心过渡到正向大偏心率为0.25过程中,随着偏心率的增大极限承载力逐渐增大,在偏心率为0.25时节点的极限承载力达到最大,随着节点偏心率从0.25增加到1.00,节点极限承载力又逐渐减小;不论中国还是欧洲规范在负向大偏心时计算值均为一固定值与实验结果完全不符,且其计算结果偏于不安全;节点变为正向大偏心后由于两腹杆之间间隙较大,N型节点就逐步过渡到单独的两个Y型节点,节点形式的彻底变化导致两规范值小于实验值。

主管轴力对N形主方支圆钢管搭接节点承载力影响研究

为研究主管轴力对N形主方支圆钢管搭接节点受力性能的影响,设计制作了2组共4个节点试件进行极限承载力试验。试验结果表明:当节点几何参数、构造及支管受力性质相同时,主管所受轴压力较大的节点,其承载力低于主管轴压力较小的节点。以试验为基础,建立了考虑主管轴力影响的节点有限元分析模型,计算得到了主管轴力对该类节点承载力的影响参数,将其与按《钢结构设计标准》(GB50017--2017)中圆管节点及矩形管节点主管轴力对节点承载力影响的参数公式计算结果进行了对比。研究表明:主管轴拉力对N形主方支圆钢管搭接节点的承载力影响较小,可以忽略,但主管轴压力对节点承载力影响较大,且规范参数公式对该类节点并不适用。通过回归分析,提出了主管轴力对N形主方支圆钢管搭接节点承载力影响参数的建议公式,为该类节点承载力计算提供参考。

低周反复荷载作用下N型圆钢管相贯节点滞回性能研究

N型圆钢管相贯节点是钢管结构中常用的节点形式。为了研究不同几何参数对N型圆钢管相贯节点滞回性能的影响,针对不同的几何参数,支、主管直径比β,主管厚径比γ,两支管间隙比,两支管间的夹角,建立模型进行有限元分析,得到几何参数取不同值时,节点在低周反复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线。通过有限元结果的对比与分析,得到不同几何参数对N型圆钢管相贯节点滞回性能的影响。

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。