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。

圆管混凝土T型焊接节点热点应力试验研究

作为疲劳评估的基础性工作,试验研究了由圆钢管支管与圆钢管混凝土主管组成的焊接桁架T型节点(CFCHS)在支管轴向拉力、压力和平面弯矩作用下的热点应力分布及应力集中系数(SCF)特性.讨论了CFCHS节点的热点应力测试方法和试验结果,并与支管和主管均为圆钢管的T型焊接节点(CHS)进行比较,考察两种节点的性能差异.研究表明:CFCHS节点的热点应力,对主管可采用线性外推方法,对支管需采用二次外推方法;相比CHS节点,CFCHS节点的热点应力分布趋于均匀,SCF显著减小;CFCHS节点支管轴向受拉比受压不利,SCF增大;CFCHS节点几何参数β,τ,γ对主管SCF的影响效应与CHS节点基本一致,但是对支管SCF的影响效应与CHS节点有些差异;混凝土的作用主要是改善CFCHS节点刚度,从而降低SCF,并预期可提高疲劳强度,但混凝土自身强度等级的高低没有显著影响节点的SCF.

不同搭接率时主方支圆钢管节点的承载力分析

K形搭接节点是空间结构中经常使用的一种连接方式.为深入了解K形搭接节点的特性,使用ANSYS软件,对一系列不同搭接率下的主方支圆K形钢管节点进行数值模拟,并将有限元分析结果绘制成曲线.分析支主管径宽比β,支主管厚度比τ,主管宽厚比γ,支主管夹角θ等几何参数对此类节点极限承载力的影响.分析结果显示,当τ较小时,搭接率Ov对节点的承载力影响不大,且搭接节点承载力小于零间隙节点;当τ较大时,随着Ov的增加,节点的承载力有所提高,且搭接节点承载力大于零间隙节点.

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.

宽翼缘弦杆和方(矩)形管腹杆桁架节点设计

方、矩形管桁架弦杆和腹杆大都采用方、矩形管的形式,但当桁架跨度和其上作用的荷载较大时,弦杆受力将较大,当没有合适的方(矩)形管时,在设计中可以采用宽翼缘弦杆和方(矩)形管腹杆组合的桁架形式。通过工程实例介绍了此类桁架节点设计方法,可供设计人员参考。

管结构主方支圆K型搭接节点滞回性能参数分析

为揭示主方支圆K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊对节点滞回性能的影响,按照参数θ,β,τ,Ov的变化,设计了12种节点试件,采用ANSYS非线性有限元法,对该类节点进行了数值模拟,得到了各参数试件的滞回曲线、骨架曲线和延性性能等抗震性能指标.研究结果表明:参数θ,β,τ,Ov的变化对节点承载力的影响不是十分显著,YN节点的滞回及延性性能均优越于YH节点;随着θ,τ,Ov的增加,YN节点的滞回性能均有增加,随着β的增大,YN与YH节点的滞回耗能基本没变;不论是隐藏焊缝焊接与否,τ试件的能量耗散能力基本一致,参数θ,β,Ov对节点能量耗散影响明显,YN节点的能量耗散能力比YH节点优越.

平面内弯矩作用下主圆支方K型节点的应力集中系数研究

文中采用有限元与试验方法系统地分析了主圆支方K型管节点在平面内弯矩作用下的应力集中系数。使用ABAQUS软件进行了125组在平面内弯矩作用下节点的数值模拟,得到了K型管节点在平面内弯矩作用下焊缝区域的应力集中系数,并且对主管和支管的应力集中系数进行了系统研究,分析了节点几何参数对主管和支管的应力集中系数的影响。结果表明,β(支管与主管直径比值)和2γ(主管直径与壁厚比值)值对节点的应力集中系数影响较大,而τ(支管与主管壁厚比值)对主管和支管的应力集中系数影响较小。主管的应力集中系数值主要出现在鞍点的附近,而支管的应力集中系数值出现的位置主要由β、2γ和τ等几何参数来决定。根据有限元模型的分析结果,通过曲线拟合提出了计算平面内弯矩作用下主圆支方K型管节点应力集中系数的参数方程,并对该方程的准确性进行了评价。最后,通过节点平面内弯曲试验再次验证了本文提出的应力集中系数公式的可靠性和安全性。

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。

方支管-H型钢主管T型节点轴压性能数值分析

为研究方支管-H型钢主管平面T型节点的轴压性能,利用有限元软件ABAQUS,对方支管-H型钢主管平面T型节点进行模拟计算,以得到破坏模式和极限承载力.试验结果表明,破坏模式为支管根部屈曲破坏,极限承载力为242 kN,模拟结果和试验结果误差10.5%,有限元能够较好地模拟实验节点,工程中应适当增加支管壁厚以避免支管过快发生屈曲破坏.

N型方圆钢管相贯节点足尺试验研究

对两个承受支管轴力和主管轴力的搭接N型方圆钢管相贯节点进行了足尺试验研究。试验表明,试件N1的破坏模式为受压支管在节点处的局部屈曲破坏,试件N2的破坏模式为主管侧壁鼓曲破坏和支主管交接面主管壁压溃破坏的联合破坏模式。计算表明,试件N1的试验值与《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)公式承载力计算结果的比值为0.73,与有限元计算结果的比值为1.11;试件N2的试验值与规范公式承载力计算结果的比值为0.99,与有限元计算结果的比值为1.02。研究表明,主管轴力对节点极限承载力影响较大,规范公式因未考虑主管轴力的影响,其计算结果偏不安全,还有待进一步的研究。

平面K形圆主管方支管节点承载力试验研究与有限元分析

对平面K形圆主管方支管节点的承载力进行试验研究,进行了5个空钢管节点和1个主管内灌混凝土节点的静力单调加载试验。介绍了节点试验方案,考察了节点的受力性能、破坏模式和承载力,给出了试件支管的变形曲线以及折算应变曲线,并对支管壁厚、主管内浇灌混凝土对节点承载力、刚度和延性的影响进行了分析。试验结果表明:现行国内外规范中圆钢管和方钢管节点承载力计算值明显低于试验值,已有的计算公式都不能准确计算圆主管方支管节点的承载力;增加支管壁厚改变了节点的破坏模式并明显提高了节点承载力和延性;主管内灌混凝土虽提高了承载力和初始刚度但延性并没有得到显著提高;圆主管方支管节点区域的变形主要源于受拉支管的局部变形。在节点破坏模式、变形曲线、承载力和塑性发展等方面将有限元计算值与试验结果进行比较,结果吻合良好,可以作为进一步分析的基础。

平面K型主圆支方钢管节点力学性能数值分析

以平面K型主圆支方钢管节点的试验数据为基础,建立有限元参数分析模型,进行了非线性有限元参数分析。研究揭示了节点受力全过程,破坏模式以及分布规律。重点考察了支管边长与主管直径比值β、主管的径厚比γ和支管与主管的壁厚比τ对节点极限承载力的影响。有限元参数分析结果表明:主管的径厚比γ和支管与主管的壁厚比τ对节点极限承载力影响较大,而支管边长与主管直径比值β影响较小;γ和τ值均比较小的节点破坏时支管达到杆件极限承载力,说明节点效率大于1,其它几何参数的节点破坏时支管并没有达到杆件极限承载力即节点效率小于1。在国际焊接协会中的平面K型圆钢管节点极限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K型主圆支方钢管节点的承载力计算公式;通过公式本身的回归校验和试验结果以及有限元数据的统计分析,证明该文建立的该类节点极限承载力计算公式具有较高精度。

主方支圆钢管轻骨料混凝土K型节点承载力

为研究主方支圆高强钢管轻骨料混凝土有间隙K型节点的承载力,对支管间设置加劲板的节点和基本型节点进行了主管轴压静力加载试验,考察了加劲板和支主管偏心距对节点破坏模式和承载力等受力性能的影响.试验结果表明:与受拉支管相连的主管鼓起、支主管焊缝开裂、支管根部屈曲、加劲板焊缝开裂和加劲板屈曲是该类节点的典型破坏模式;受压支管和主管受压区内轻骨料混凝土未发生明显破坏,受拉支管和主管受拉区内轻骨料混凝土发生轻微破碎;加劲节点的屈服承载力和极限承载力较基本型节点分别提高43.4%~69.6%和25.9%~43.1%.基于有间隙K型节点试验破坏模式,推导了考虑加劲板应力传递效应和轻骨料混凝土约束效应的与受拉支管相连的主管凸曲承载力计算式和支主管焊缝开裂承载力计算式.

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。