往复荷载作用下矩形钢管混凝土构件力学性能的研究

以往 ,国内外学者对矩形钢管混凝土构件滞回性能的研究尚少见报道。本文以矩形钢管混凝土构件截面高宽比和轴压比为主要参数 ,进行了 3 0个构件滞回性能的实验研究。利用数值方法分析了矩形钢管混凝土构件的滞回性能 ,理论计算结果与实验结果吻合较好。利用数值方法 ,系统分析和考察了轴压比、长细比、含钢率、截面高宽比、钢材屈服强度和混凝土强度等参数对滞回曲线骨架线的影响规律 ,在此基础上 ,提出了矩形钢管混凝土构件弯矩 -曲率和P -Δ滞回关系模型 ,以及位移延性系数的简化计算方法。

方管柱与工字钢梁连接的三维有限元模拟分析及试验研究

针对工程中应用广泛的方管柱与工字型钢梁的半刚性连接,对一组不同构造的节点进行了三维有限元模拟分析及静力试验研究.试验结果不仅得到了连接点的M-θ关系曲线,也得到了方管柱开孔周围的应力分布,为分析该类连接节点的力学特性提供了理论依据.在对试验结果与有限元模拟分析进行比较的基础上,还得到了与试验结果相对应的M-θ拟合曲线,为实际应用提供了可供参考的数学表达式.

主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响

为研究主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响,探讨主管内填混凝土矩形钢管节点的受力机理,对比分析了主管内填混凝土矩形钢管节点和空钢管节点的受压、受拉和受弯性能,结果表明主管内填混凝土能够改善节点的受力性能,显著提高矩形钢管受压节点的承载力,受压节点的破坏模式转变为横向局部承压破坏;对矩形钢管受拉节点承载力提高不明显,但提高了节点的刚度,改变节点的破坏模式;能够提高受弯节点的刚度和承载力,其破坏模式可采用支管受拉翼缘有效宽度模型.主管内填混凝土后矩形钢管节点的承载力可根据对应的破坏模式来计算.

矩形钢管混凝土柱的防火保护

简要介绍了关于火灾下矩形钢管混凝土柱力学性能的研究成果。对构件耐火性能的实验情况、影响耐火极限的重要因素和确定厚涂型方钢管混凝土保护层厚度的实用计算方法作了详细说明 ,并结合工程中矩形钢管混凝土柱的抗火设计实例 ,说明规程课题组提出的抗火设计方法的有效性。

主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能影响

为了解主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能的影响,在试验研究的基础上,进行了主管内填混凝土对矩形钢管桁架结构节点、杆件承载力和刚度的影响分析,并探讨了其失效机理。结果显示:主管内填混凝土改变了节点的失效模式,但节点仍然是桁架结构的薄弱部位;主管内填混凝土能够明显提高受压节点的承载力和刚度,但受拉节点的承载力和刚度提高程度不明显;主管内填混凝土能够很好地协助受压主管受力,并提高受压主管刚度,而受拉主管的承载力和刚度提高程度不明显;对受压支管承载力有一定影响,而对受拉支管影响很小。探讨了目前规程关于受压节点的破坏模式和承载力计算,以及主管内填混凝土后的矩形钢管桁架结构变形的计算,提出了考虑节点变形影响的实用计算方法,为主管内填混凝土矩形钢管桁架结构的应用提供参考。

往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件承载力计算

本文基于往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件的实验结果,比较了国内外比较典型的设计规范(程),包括英国BS5400(1979)、美国ACI318-99(1999)和AISC LRFD(1999)、日本AIJ(1997)、欧洲EC4(1994)、中国GJB4142 2000(2001)和福建省地方标准(送审稿),及本文数值方法在计算往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件承载力的差异。结果表明,在进行往复荷载作用下矩形钢管混凝土压弯构件承载力计算时,各种计算方法获得的承载力都偏于安全,其中,数值计算结果与实验结果最接近,GJB4142 2000(2001)的计算结果与实验结果吻合程度稍差,ACI318-99(1999),EC4(1994)和福建省地方标准(送审稿)的计算结果比实验结果约低20%,而BS5400(1979)、AISC LRFD(1999)和AIJ(1997)的计算结果比实验结果总体上低30%以上。本文结果可供进行矩形钢管混凝土结构设计时参考。

厚壁方矩形管冷弯效应对比分析

为了对厚壁型钢管的冷弯工艺改进、性能分析、结构强度设计和数值模拟结果的验证提供重要依据,进行了冷弯厚壁钢管上截取的平板件、弯角件、母材和相应方、矩形截面短柱的力学性能试验研究,获得了短柱全截面屈服强度相对于母材强度的提高值。分别运用北美等国厚壁冷弯型钢规范、国内薄壁冷弯型钢规范以及相关文献中的修正规范,对我国厚壁冷弯方矩形型钢管全截面强度进行设计和对比分析。结果表明:因冷弯工艺不同,国外公式计算的结果高于国内短柱实测值,国内厚壁冷弯型钢的强度设计不能照搬现有的国外厚壁冷弯型钢设计规范;国内薄壁公式能否适用要视型钢的冷作硬化效应程度决定;原料的强屈比和冷弯应变程度越大,则冷作硬化效应越大;焊接热使板件受到低温"退火"的作用不可忽略,其常常导致竖直配辊冷弯厚壁矩形型钢时,两竖直侧平板件强度低于母材。

矩形钢管空腹桁架人行天桥“TT”型节点受力性能

采用有限元数值分析方法,对某矩形钢管空腹桁架人行天桥"TT"型空间节点的受弯性能进行了研究。结果表明,空间受弯节点在下平联荷载作用下,最大应力发生在宽度比较小的弦管受压腹板上;空间受弯节点的主要破坏模式有:与下平联下翼缘板连接处的弦管腹板压跛破坏,下平联上翼缘板与弦管连接处的钢材或者焊缝断裂破坏,或者两者的联合破坏;由于平面内、外弯矩的共同作用,空间节点的抗弯承载力降低,不能单独地按照平面内或者平面外抗弯承载力来计算,而应考虑两者的相互影响。下平联与弦管不同连接位置对承载力影响不大,但采用中间连接方式的弦管应力最小且应力集中程度最低。

矩形钢管焊接空心球节点的有限元分析

针对矩形管焊接空心球节点这一特殊的壳体,采用ANSYS有限元程序、理想弹塑性应力—应变关系和Von-Mises屈服准则,同时考虑几何非线性的影响,对矩形钢管焊接空心球节点的承载力进行较为详细的计算分析,在已有工作的基础上,进一步通过有限元分析考察其承载能力的影响因素,特别对管边长与球径之比槡ab/D不同的节点,通过对大量计算结果的拟合分析,对现有承载力计算公式提出了改进。

开孔方管柱与工字钢梁连接的试验研究及有限元模拟分析

针对工程中应用广泛的方管柱与工字型钢梁的端板连接,对1组不同构造的节点进行了静力试验研究及有限元模拟分析,试验结果不仅得到了连接点的M-θr关系曲线,而且也得到了方管柱开孔周围的应力分布,为分析此类连接点的力学特性提供了理论依据.试验结果同时表明:端板厚度的增加及外伸端板的连接螺栓至上下翼缘板距离的增加均会提高连接的初始刚度.此外,在对试验结果与有限元模拟分析进行比较的基础上,还得到了与试验结果相对应的M-θr拟合曲线,且结果表明利用幂函数模型拟合节点的M-θr曲线是可行的,而且在相当大的转角范围内与试验结果相当吻合,拟合结果为实际应用提供了可供参考的数学表达式.

主管内填充混凝土矩形钢管桁架受力性能试验研究

为研究主管内填充混凝土对矩形截面钢管桁架受力性能的影响,并考虑节点偏心作用,进行了支主管宽度比β为0.8的空钢管桁架、受压主管内填充混凝土桁架和拉压主管内均填充混凝土桁架的对比试验。试验研究表明:结构破坏均发生在节点部位,主管内填充混凝土改变了节点失效模式,其中空钢管桁架为节点部位的受压主管表面塑性失效和侧壁鼓曲,受压主管内填充混凝土桁架为节点部位的受拉主管表面塑性失效和侧壁鼓曲,拉压主管内均填充混凝土桁架为节点部位的受拉主管表面冲剪失效。主管内填充混凝土不但能协助主管受力,而且能够提高节点强度和刚度,提高桁架的整体承载力。节点相对偏心较大时,由偏心造成的次应力比较明显,对支管的影响要比对主管的影响大。节点试验承载力比按相关规范的计算承载力要高出较多,计算结果偏于安全。

矩形钢管混凝土柱的耐火性能和抗火设计方法

进行了8个轴心受压或偏心受压矩形钢管混凝土柱,按ISO—834和GB/T9978—1999规定的标准升温曲线升温作用下耐火极限的实验研究。实验结果表明,截面尺寸和防火保护层厚度对构件耐火极限的影响较大,而荷载偏心率的影响则相对较小。分析结果还表明,国家规范GB50045—95中钢结构柱防火保护层厚度的确定方法不适合于矩形钢管混凝土柱。在大规模参数分析结果的基础上,提出了矩形钢管混凝土柱耐火极限及防火保护层厚度的简化计算公式,公式的计算结果与数值计算结果和实验结果均吻合较好,且总体上偏于安全。本文的研究成果可为有关矩形钢管混凝土工程进行抗火设计时提供参考。

带支撑三角形网格构成的钢结构冷却塔及其受力性能

冷却塔是一种应用于电力、化工等行业的大型构筑物,以往多采用钢筋混凝土薄壳结构.随着冷却塔建设规模不断增大,钢结构在大型冷却塔的结构选型中得到越来越多关注.针对钢结构冷却塔提出了一种由带支撑三角形网格构成的新型结构体系,对其布置方式、构件类型、工作原理、节点构造等进行了详细介绍,通过算例考察了结构体系的内力分布规律、刚度指标、稳定性等受力性能.分析表明,该新型钢结构冷却塔在结构层面受力性能良好,能充分发挥构件的力学性能,节点构造简单,自重轻,具有良好的技术经济指标,适合工程应用.

空心薄壁方钢管混凝土柱局部屈曲时宽厚比限值的确定

采用通用有限元软件ABAQUS对空心薄壁方钢管混凝土轴压柱局部屈曲性能进行了分析,并将计算结果与试验结果进行比较,结果表明二者基本吻合。为方便判断构件是否发生局部屈曲,提出了屈强系数的概念。在此基础上,分别考虑了不同参数变化对构件局部屈曲性能的影响,并确定出了空心薄壁方钢管混凝土柱局部屈曲时宽厚比限值为60 235/fy。

新型矩形管柱和H形钢梁连接节点设计研究

高频焊接矩形管柱生产效率高,抗扭性能好,平面外刚度好,并且根据需要内部可以充填混凝土,提高抵抗局部屈曲的能力,比目前的采用焊接(变截面)H型钢的轻钢厂房有更好的经济性.为提高梁柱连接节点的承载力、减小节点变形,本文提出了箱形柱柱顶与梁上翼缘齐平,槽钢与梁端板等厚,槽钢向上伸出长度以满足安装一排高强螺栓的要求,并设置三角形加劲肋与柱顶盖板和槽钢焊接,箱形柱顶和槽钢内面满焊的节点形式,分析表明这种节点有很高的刚度和强度,能很好的满足刚性连接的要求.

矩形钢管单层网壳预埋螺栓装配式节点及其受弯性能试验研究

提出了一种适用于矩形钢管单层网壳结构的新型装配式节点,该节点通过预埋螺栓的方式避免杆件开孔对截面的削弱,构造简单、传力路径清晰,且装配简单方便。通过16个节点的四点弯曲试验,研究了该类节点的受弯性能及失效模式。结果表明:该类节点具有良好的受弯性能,节点受弯能力随螺栓直径的增大、杆件端板厚度的增加以及杆件端板距节点体距离的减小而增强;在弯矩作用下,节点的失效模式主要包括杆件失效、螺栓失效及杆件端板失效;与杆件开孔节点相比,所提节点在受弯承载力及变形能力方面具均有优势,但初始抗弯刚度略低。与试验结果的比较表明,考虑接触效应的非线性有限元分析模型可以较好地模拟节点的受弯性能。

矩形钢管焊接空心球节点的弹性有限元应力分析

通过有限元系统分析矩形钢管焊接空心球节点在轴力作用下的受力性能,建立采用壳单元的有限元模型,对轴力作用下的矩形钢管焊接空心球节点进行弹性有限元分析,给出轴力作用下矩形钢管焊接空心球节点的应力分布规律,并对它的力学性能进行分析.