内隐藏焊缝对N形方圆钢管节点受力性能影响

为研究N形方圆钢管搭接节点中被搭接管内隐藏部分和主管间焊接与否对节点受力性能的影响,设计制作了4个N形方主管圆支管搭接节点足尺试件进行极限承载力试验.试验结果表明:被搭接管受拉时,其内隐藏部分和主管间不焊将降低节点承载力,且搭接率越大,降低幅度越大.此外,内隐藏部分未焊接的节点均发生了焊缝断裂破坏.以试验为基础,建立了非线性有限元分析模型,对324个不同几何参数、支管不同轴力性质下内隐藏部分焊接与不焊接的N形方圆钢管搭接节点进行了有限元分析,研究表明:内隐藏部分未焊接对被搭接管受压的节点承载力影响较小,但对被搭接管受拉的节点极限承载力影响较大.针对实际工程中钢管桁架均为先组装再焊接导致内隐藏部分难以施焊的情况,给出了设计建议.

X形方圆钢管相贯节点超低周疲劳断裂试验研究

为研究焊缝类型和内加肋板对钢管相贯节点超低周疲劳性能的影响,开展了3个X形方圆钢管相贯节点的超低周疲劳试验,研究了节点的破坏形态,分析了节点处的应变分布规律,得到了节点的疲劳寿命。试验结果表明:3个X形方圆钢管相贯节点的裂纹均起始于节点的鞍点位置,角焊缝和熔透焊缝X形方圆钢管焊接相贯节点均呈现出冲切破坏特征,并且焊缝形式未对节点的变形能力和疲劳寿命产生明显的影响。主管采用的内加劲肋的节点呈现出拉伸断裂破坏特征,其变形能力较差,并且断裂破坏前没有明显的表面裂纹,断裂突然发生,因此在较高烈度的地震设防区,从节点的抗断裂性能和变形能力考虑,在工程设计中,不建议采用主管内加劲肋来提高节点的承载能力。

搭接N形与有间隙N形相贯节点极限承载力的计算

N形节点属于特殊的K形节点,目前专门针对该类型节点的研究相对偏少。搭接的N形节点,力的传递方式以及破坏形态与有间隙的N形节点不同,需要对两种节点在主支管同时受压情况下的极限承载力进行比较。计算结果表明,当N形钢管相贯节点主支管尺寸、材料、受力边界条件均相同时,搭接N形节点要比有间隙的N形节点的极限承载力大。

高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲搭接K形节点承载力研究

对高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲搭接K形节点和基本型节点进行主管轴压静力加载试验,考察了支管搭接率和加劲板构造对节点受力性能的影响.试验结果表明:节点的破坏模式为支管根部侧面搭接焊缝开裂;支管搭接率过大或过小均会降低搭接K形节点承载力;加劲节点的屈服荷载和极限荷载较基本型节点分别提高6.5%和12.0%.同时,对高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲搭接K形节点进行了数值模拟、热点应力场演化分析和破坏机理探究,推导了极限承载力计算式.通过与节点试验结果对比,验证了该计算式的精度.

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。

钢管桁架结构K形搭接节点抗震性能试验研究

按钢管桁架结构K形搭接节点隐藏焊缝焊接情况制作了4个足尺试件,通过对其进行拟静力试验,研究K形搭接节点内隐藏焊缝在焊与不焊情况下的试件变形、破坏模式、节点的耗能性能等。得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明:K形搭接节点内隐藏焊缝对试件的承载能力影响不大;节点的破坏模式主要是搭接支管的变形与屈曲以及搭接支管与被搭接管、主管之间连接焊缝的破坏;隐藏焊缝不焊接节点试件的滞回耗能优于隐藏焊缝焊接的节点试件;隐藏焊缝不焊接节点试件的变形是隐藏焊缝焊接节点试件的1.1～1.2倍。

N形方主管圆支管搭接节点有限元分析与承载力计算

基于N形方主管圆支管搭接节点的试验,从节点破坏模式、变形过程和承载力等方面对N形方主管圆支管搭接节点的非线性有限元模型进行了校验。采用验证的有限元分析模型,分析了被搭接支管受拉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、内隐蔽部分焊接与否、支管轴力性质、主管轴力等因素对节点性能的影响。分析结果表明:支主管径宽比、主管宽厚比、支主管壁厚比是影响N形方主管圆支管搭接节点破坏模式和承载性能的主要因素;内隐蔽部分未焊接对被搭接支管受压的节点承载力影响较小,但对被搭接支管受拉的节点承载力影响较大;支管轴力性质、主管轴压力对N形方主管圆支管搭接节点承载力的影响不可忽视。应用多元线性回归方法,在GB 50017—2003《钢结构设计规范》现有承载力计算公式基础上,拟合出了考虑相关影响系数的修正计算式;按修正计算式计算得到的承载力与试验结果吻合良好,且具有较好的适用性。

中空夹层钢管混凝土-钢管K形搭接节点抗震性能试验研究

主管为中空夹层钢管混凝土,支管为空钢管的K形搭接节点,按主圆支圆和主方支圆两种形式加工制作了4个节点,对节点两个支管通过同步往复加载,研究主管通过夹层混凝土加强的K形节点破坏模式、承载力、耗能性能等。分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数、能量耗散系数等抗震性能指标。结果表明:未加强节点的破坏模式为主管表面塑性破坏,主管夹层灌混凝土的加强节点为支管拉裂破坏;主管夹层灌混凝土提高了节点的刚度和承载力,对于方管尤为显著,但对节点的延性影响不大;相比主圆支圆的未加强试件,夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了43.7%和52.1%,节点累积耗能分别提高了57.6%和64.0%;相比主方支圆未加强试件,夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了66.7%和64.7%,节点累积耗能分别提高了39.8%和21.7%,但主管夹层灌普通混凝土和灌粉煤灰混凝土对节点的加强效果区别不大。利用ANSYS软件对试验试件进行有限元分析,分析结果与试验结果吻合良好,并选用主管空心率、支主管直径比及支管径厚比进行参数分析。分析表明:随主管空心率的增大,节点耗能能力和承载力有所减小;随支主管直径比的增大,节点滞回曲线趋于饱满,耗能能力和承载力提高;随支管径厚比的增加,节点的滞回曲线的饱满度降低,节点承载力和耗能能力均呈下降趋势。