槽型套管加强方钢管X形节点平面内受弯性能试验

槽型套管适用于在役钢管结构的节点局部加强,可有效提高节点承载力和刚度。为研究槽型套管对方钢管节点平面内受弯性能的加强效果,对5组支主管宽度比β为0.58、0.7和1.0的试件进行平面内受弯试验。试验表明槽型套管加强可以有效提升节点受弯性能,β=0.58和β=0.7时槽型套管加强节点的受弯承载力分别提高37%和163%;加强节点的刚度略低于等宽节点,但其延性更优;支主管宽度比和槽型套管厚度是影响加强节点平面内受弯性能的主要参数。槽型套管加强可有效保护节点主管,使试件失效模式由主管或焊缝破坏转移为支管破坏。进一步机理分析表明,加强套管可与主管管壁形成共同承载体,通过局部增厚作用提高节点承载力和刚度。据此对比分析了该类加强节点受弯承载力计算公式的适用性,可供设计参考。

支管轴压下高强钢圆管X形节点的承载力计算公式

研究了支管受压的Q460、Q690、Q960高强钢圆管X形节点的静力性能。采用经试验数据验证的有限元模型进行节点有限元参数分析,研究高强钢牌号、支管与主管外径之比(β)、主管外径与其管壁厚度之比(2γ)、主管轴向应力比(n)对节点性能的影响;与有限元参数分析和文献中试验结果对比,评价我国钢结构设计标准计算公式的适用性。结果表明,节点发生主管塑性破坏,节点承载力多由主管局部变形限值(3%主管外径)确定;多数情况下钢结构设计标准计算公式高估了高强钢圆管X形节点的承载力;主管受到压力或较大拉力时均会降低节点承载力。最后,针对不同钢材牌号的圆管X形节点给出了建议的2γ范围。基于主管塑性破坏,提出了考虑高强钢屈服强度、主管拉压效应的圆管X形节点承载力计算公式。

河南广播电视发射塔外塔柱X形节点加工制作技术

河南广播电视发射塔外塔柱采用10根巨型桉叶糖形钢管柱,桉叶糖管体两两交叉形成了5层巨大的构件,称之为X形节点。桉叶糖X形节点结构形式庞大,连接形式复杂且质量大,是本工程中最重要的连接和受力构件。对外塔柱X节点的组装、分体、焊接、检验等施工工艺进行详细阐述。通过X形节点胎架的制作、空间位置的定位、胎架精度的控制、焊接残余应力变形控制等一系列措施,成功地完成了桉叶糖管的压制与X形节点的制作。

哈尔滨万达茂钢结构复杂X形节点制作技术

介绍了哈尔滨万达茂X形节点的结构特点、构件加工制作全过程,着重阐述了X形节点加工制作的难点、重点以及解决这些难点、重点所采取的工艺措施及相应的技术方案。通过此种结构形式节点的实际施工表明,制定合理的加工方案、有效的控制措施,再结合正确的实施,能够较好地实现节点的多样化,更好地满足设计越来越新颖的创意效果。

曲线CHS主钢管X形节点平面内受弯性能研究

为研究曲线CHS主钢管X形节点平面内受弯性能,建立了节点数值分析模型。首先,通过与轴压试验结果对比,验证了所建模型的准确性。进而分析主管曲直径比α、腹主管直径比β、主管径厚比γ对节点平面受弯性能的影响,并将有限元所得节点抗弯承载力与国外规范结果的比值M_(uf)/M_(u1)、M_(uf)/M_(u2)、M_(uf)/M_(u3)进行对比分析。结果表明:当α≤12时,节点抗弯承载力随α增大而降低;而当α>12时,节点抗弯承载力基本不变。随β值增大,节点抗弯承载力增大;随γ值减小,节点抗弯承载力增大。美国规范未考虑γ的影响;日本规范所得M_(uf)/M_(u3)值较大,偏安全;欧洲规范M_(uf)/M_(u2)更趋近于1.0。最后选定欧洲规范公式作为抗弯承载力的基准公式,基于有限元结果对公式修正,最终得到CHS主钢管X形节点平面内抗弯极限承载力修正设计公式,供工程设计参考。

拱形屋面双曲箱形网格X形节点制作技术研究与应用

拱形屋面双曲箱形网格属于一种新型的屋面结构,目前已成功运用于我国超高层建筑天津陆家嘴项目大、小采光顶中。此类结构形状新颖,结构复杂,外观要求高,其核心节点为结构中心的X形构件。此构件制作质量不仅影响屋面结构的稳定,而且直接影响整栋高层的外观造型,因此对该建筑的施工具有举足轻重的意义。本文着重介绍了拱形屋面双曲箱形网格X形节点制作技术与应用。

双X形节点复杂倒三角桁架制作技术

主要阐述了某机场航站楼项目复杂双X形节点倒三角桁架的制作加工要点,重点从制作难点分析、构件的装配焊接顺序、制作要点控制等方面着手,经过合理的制作工艺制订,解决了桁架整体制作难度大、焊接难度高、质量要求高的难题,保证了构件整体的制作质量,为后续此类构件的制作提供制作经验。

X形圆钢管相贯节点平面内受弯抗震性能试验研究

为了研究X形圆钢管相贯节点的平面内受弯抗震性能,进行了支主管直径比β不同的2个正交X形节点(支主管夹角θ=90°)和2个斜交X形节点(θ=55°)的平面内受弯滞回性能试验,并进行了有限元分析。结果表明:四个X形节点均表现出良好的抗震性能,均为相贯线附近主管管壁开裂破坏,均以主管管壁的塑性变形及开裂后裂纹扩散为主要抗震耗能模式。对比之下,提高支主管直径比β能显著提高X形节点的平面内抗弯承载力、延性和耗能能力;正交节点在正、负弯矩作用下的承载力及延性均较接近;斜交节点在负弯矩作用下的承载力大于在正弯矩作用下的承载力,但其在正弯矩作用下的延性更好;β较大斜交节点在正、负弯矩作用下的承载力及延性的差异比β较小时更明显;无论是β较大还是β较小的X形节点,斜交节点的能量耗散系数小于相应的正交节点;当夹角θ较小(≤55°)时,采用因子1/sinθ略偏保守地估计支主管斜交对节点负向平面内抗弯承载力的加强作用,但高估了支主管斜交对β较大节点的正向平面内抗弯承载力的加强作用。

轻质高强方钢管轻骨料混凝土加劲X形节点构造和承载力研究

为研制轻质高强桁架节点构造及其承载力,对Q345B方钢管轻骨料混凝土加劲X形节点和基本型节点进行了静力加载试验,考察了支主管间设置加劲板和支主管内浇灌轻骨料混凝土对节点破坏模式和承载力的影响。试验结果表明:加劲节点的破坏模式有加劲板与剪压支管焊缝开裂、剪压支管翼板被加劲板拉开、剪压支管在靠近加劲板外端截面剪压破坏;基本型节点的破坏模式为支主管焊缝开裂;支主管间设置的加劲板明显推迟了节点的屈服和断裂进程,支主管内浇灌轻骨料混凝土有效防止了方钢管屈曲,显著提高了节点承载力,加劲节点的焊缝开裂荷载和极限承载力较基本型节点分别提高63.3%和18.3%。根据加劲X形节点试验破坏模式,推导了考虑加劲板应力传递和扩散效应的方钢管轻骨料混凝土加劲X形节点的加劲板与剪压支管焊缝开裂、剪压支管翼板拉开、剪压支管剪压破坏的力学计算模型和承载力计算式。建议的加劲X形节点的承载力计算式的计算误差为-27.8%~+3.7%。

X形方钢管节点平面内抗弯性能试验研究

为研究X形方钢管节点平面内的抗弯性能,对2支直焊节点试件及4支采用内隔板加劲的节点试件进行了拟静力试验研究。试验中主管竖直放置,荷载直接施加在主管的端部;支管水平放置且端部与支座用销拴连接。试验中大部分节点试件表现为支管与主管焊缝处的主管表面撕裂破坏,但其中2支β=0.56的加劲节点试件表现为焊缝处的支管断裂破坏。设置内隔板可显著提升X形节点的平面内抗弯能力,β较小试件的峰值弯矩提高幅值都超过56%;β较大试件的峰值弯矩提高幅值更为明显,在99%~180%;同时,加劲X形节点的支管转动受到明显的抑制,节点的抗弯能力得到显著提高。

支主管夹角对X形圆钢管节点平面外受弯性能影响

应用于单层网壳结构的X形圆钢管相贯节点往往具有支主管平面内非正交、平面外夹角的几何特征。为了研究支主管平面内、平面外夹角对节点平面外受弯性能的影响,进行了支主管平面内夹角不同的两个X形节点试件的平面外受弯滞回性能试验、以及理论研究和有限元分析。研究结果表明:两个节点均表现出较好的抗震性能和变形能力,节点主要依赖主管管壁的塑性变形以及开裂后裂缝扩展来耗能;支主管平面内夹角较小时,节点域主管管壁的塑性发展更加缓慢、均匀,节点具有更高的承载力和抗震性能;支主管平面外夹角导致节点平面外抗弯弹性刚度和反向抗弯承载力降低、但增强了节点的正向抗弯承载力。

主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯性能试验研究

对主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点在支管平面内弯矩作用下的极限承载性能进行单调加载的试验研究。实施6个不同截面几何参数的主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯极限承载力试验。介绍了节点试验方案,描述了X形圆钢管混凝土节点平面内弯曲破坏现象,给出荷载-支管端位移曲线、弯矩-主管局部变形曲线、弯矩-转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和平面内抗弯刚度的影响进行讨论。试验研究结果表明:主管灌混凝土后并没有在主管中形成明显的刚域;在一定参数条件下,主管中灌混凝土的X形圆钢管混凝土节点平面内受弯极限承载力、抗弯刚度均随着β、τ值的增加和γ值的减小而提高;各试件在最大弯矩作用下,所有试件的支管根部测点都进入塑性,主管上大部分测点保持弹性状态;主管中灌混凝土对圆钢管节点平面内抗弯极限承载力有一定的提高,在一定参数条件下提高甚至达到48%,但若实际工程中取欧洲规范弯矩值与支管全截面塑性弯矩值中的最小者计算节点抗弯承载力,在一定的钢管几何参数下不一定是安全的,需要进行深入的有限元参数分析。

斜交网格筒结构角部X形节点受力影响分析及实测验证

目前关于斜交网格筒结构力学性能研究多集中于结构整体受力性能分析,忽略了局部复杂区域对结构整体受力效应的影响。基于这一背景,本文首先进行了结构分析,针对斜交网格外筒角部存的局部复杂区域,通过改变角部空间节点的模型参数建立了不同折线模型;探讨了在竖向和侧向荷载作用下该节点区域传力路径和内力分布特点;分析了复杂局部区域对结构整体以及局部相关构件内力分布的影响。依托实际斜交网格筒超高层结构,对该结构角部复杂区域建立现场应力监测系统,实测了相关构件施工过程中的应力变化,并与施工过程模拟结果进行对比分析。揭示了实测中环梁轴力以及斜柱弯矩的变化规律,补充说明了角部区域的复杂性,验证了结构局部复杂区域、相关构件的传力路径以及内力分布特点。

平面外夹角对X形圆钢管节点平面外抗弯承载力的影响

为了分析支管与主管平面外夹角(简称面外角)对空间X形圆钢管相贯节点平面外抗弯承载力的影响,建立了节点的有限元模型,确定了节点平面外转角的获取方法,与已有试验结果及规范公式对比后,确定0.07弧度节点转角准则作为节点平面外抗弯承载力的判定方法。根据大量有限元计算结果分析了面外角对空间X形圆钢管相贯节点平面外抗弯承载力的影响,并在已有规范公式基础上,建立了考虑面外角影响的节点承载力计算式。研究结果表明:面外角有利于节点的正向平面外抗弯,但不利于节点的反向抗弯,面外角对支主管直径比小于0.6的节点抗弯承载力的影响较小,但对直径比大于0.75的节点的影响较大,改进后的计算式较好地反映了有限元分析结果。

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。

支主管夹角对X形圆钢管节点轴向传力的影响

为了研究支主管夹角对X形圆钢管相贯节点轴向受力性能的影响,进行相关试验来校验有限元模型,以有限元为手段分析了支主管夹角对X形节点在支管轴力作用下的传力特性和承载力的影响;根据有限元参数分析结果,对支主管夹角较小的节点的承载力提出了改进建议.研究结果表明:节点试件的破坏模式为相贯线附近主管管壁局部屈曲;当支主管非正交但夹角大于60°时,节点的传力特性与支主管正交节点的相近,符合Togo模型的假定,现行规范中的夹角正弦的倒数项能精准地反映夹角对节点承载力的影响;但当节点的支主管夹角小于45°时,其传力特性与Togo模型的假定有较大的差异,夹角正弦的倒数也低估了支主管夹角对节点承载力的提高,对于夹角接近30°的节点甚至低估了30%;因此建议当夹角小于45°时,在规范已有的节点承载力计算式的基础上乘以修正系数.

X形圆钢管相贯节点的轴向滞回性能

为了研究X形圆钢管相贯节点在支管轴向荷载作用下的抗震性能,进行了节点在支管轴向往复荷载作用下的试验,分析了节点的延性和耗能模式,以及节点轴拉承载力和轴压承载力之间的差异。研究结果表明:节点的破坏模式为相贯线附近主管管壁塑性软化后开裂破坏;节点的轴力—局部变形滞回曲线饱满,表现出良好的变形能力和延性;节点主要通过相贯线附近主管管壁的塑性变形及裂缝扩展(开裂后)来耗能;节点的轴拉承载力明显高于轴压承载力。

X形圆钢管节点平面内受弯滞回性能试验研究

为了研究X形圆钢管节点平面内受弯滞回性能,进行了两个节点在往复平面内弯矩作用下的试验研究.结果表明:两个节点的破坏模式均为相贯线附近焊缝热影响区的主管管壁开裂,开裂前主管管壁经历显著的塑性发展;节点表现出良好的滞回性能;主管管壁塑性变形和开裂后的裂纹扩散成为节点的主要耗能模式,尽管支管根部的塑性变形对耗能也有贡献.对比支主管正交节点(支主管夹角90°),支主管斜交节点(支主管夹角非90°)具有更高的抗弯承载力,并且具有更好的延性和耗能能力.当支主管斜交且夹角较大(大于70°)时,夹角正弦的倒数能较好地反映了支主管斜交对节点承载力的有利影响.

KK形圆钢管相贯节点平面外受弯抗震性能研究

为了研究KK形圆钢管相贯节点的平面外受弯抗震性能,对KK形节点进行平面外往复弯矩加载试验,并将KK形节点的试验结果与已有钢管相同的X形节点的试验结果进行对比分析,考察2类节点的平面外受弯性能的差异。试验结果表明:KK形圆钢管节点的破坏模式为主管管壁塑性开裂,开裂后承载力下降缓慢,节点主要依靠主管管壁塑性发展和开裂后的裂纹扩散来耗能,节点的延性系数超过6,表现出良好的抗震性能和变形能力。而由于相邻支管相互作用,KK形节点在一根支管处的平面外抗弯承载力比相应的X形节点低了约23%,接近EC3规范关于X形节点平面外抗弯承载力公式计算值。此外,通过受力机理分析和有限元分析发现,在平面外弯矩作用下,KK形节点的核心区的受力方式为4角承受拉力作用,而X形节点的核心区则为2个对角方向拉力作用,KK形节点的塑性发展比X形节点更加均匀,且覆盖面更广。2个节点的试验结果对比也表明,KK形节点的耗能能力、变形能力以及延性均比X形节点更强。

双曲面网壳半刚性节点试验及弹塑性屈曲分析

为研究X形节点刚度对网壳结构弹塑性屈曲性能的影响。本文以广东移动南方基地大型双曲面单层网壳结构为背景,对4组X形节点进行平面内、外的弯曲刚度试验和有限元模拟,得到X形节点各杆件的弯矩–转角曲线,进而计算出节点各杆件的名义转动刚度值。结果表明:支座约束情况对节点转动刚度影响较大;平面外荷载下,节点转动刚度大,可按刚接处理;平面内荷载下,节点半刚性不容忽视。基于试验结果,考虑结构安装缺陷,采用MATRIX27单元对网壳节点刚度进行模拟,得到结构倒塌破坏全过程的荷载–位移特性,并对网壳节点在不同转动刚度下的极限承载力进行了对比分析。结果表明:X形节点转动刚度减小,网壳结构极限承载力降低;安装缺陷增大,网壳稳定性减弱。