十字形与T形圆钢管节点平面内受弯抗震性能对比

规范认为T形和十字形圆钢管节点的平面内抗弯承载力相同,但两类节点的受力特性不同。为了全面对比T形节点和十字形节点的平面内受弯性能,进行了6个节点(4个十字形和2个T形)平面内往复弯矩加载试验,并进行了受力机理分析和有限元分析,其中十字形节点进行了两侧支管同向受弯、反向受弯两种加载模式。结果表明:所有节点均为节点域主管管壁延性撕裂破坏,表现出较好的抗震性能;增加支主管直径比β能明显提高节点的抗弯承载力、延性、耗能能力;T形节点的抗弯承载力高于十字形节点,但延性不如十字形节点,T形节点的耗能能力介于十字形节点在两种加载模式下的耗能能力之间;对比反向受弯加载,同向受弯加载对β较小(接近及小于0.7)十字形节点的性能(耗能、延性和承载力)不利,但对β较大(接近及大于0.9)十字形节点的性能有利。

X形圆钢管相贯节点平面外受弯滞回模型研究

采用数值分析方法对X形圆钢管相贯节点的平面外受弯滞回模型进行研究。针对影响节点性能的主要几何参数,建立206个已校验的有限元模型进行参数分析,通过多元回归技术得出基于Menegotto-Pinto方程的节点平面外弯矩-转角曲线方程,以及平面外受弯滞回模型,经比较,与数值分析结果吻合较好。通过一个单层网格结构算例,验证了滞回模型的准确性和有效性。

平面KK型圆钢管相贯节点平面外受弯性能研究

对平面KK型圆钢管相贯节点在不同荷载形式(工况)下的平面外受弯性能进行研究。进行几何构造相同的两个节点试件在同向(KKBH-1)、反向(KKBH-2)平面外反复弯曲作用下的滞回试验。介绍节点试验的方案与测试原理,考察不同荷载形式下节点的受力性能和破坏模式。研究结果表明,无论哪种荷载形式,节点的破坏模式均为相贯线附近焊缝热影响区主管管壁冲剪破坏,节点均表现出较好的延性与抗震性能;节点更多是依赖主管管壁开裂后裂缝的扩散及塑性变形来耗能,尤其是对于KKBH-1试件;KKBH-1的屈服荷载与极限承载力均低于KKBH-2,但延性略强于KKBH-2。试验研究及应用有限元软件ABAQUS的分析均表明,不同的荷载形式对节点的受力性能影响较大,KKBH-1表现出节点承载力低于构件承载力的性能,而KKBH-2则相反。

空间KT型圆管搭接节点静力性能研究(Ⅰ)——试验、数值模拟及参数分析

以上海旗忠网球中心为工程背景,对平面内外均搭接的空间KT型圆管节点(空间KT-Ov型节点)的静力性能进行静力单调加载的试验研究和有限元非线性分析。介绍节点试验方案,分析搭接节点的受力性能,并以试验结果为依据,建立满足精度要求并通过试验校准的空间KT-Ov型节点数值分析模型;在此基础上进行几何无量纲参数和荷载参数的非线性有限元分析,考查无量纲参数对节点极限承载力的影响。结果表明,由于空间节点单T平面内腹杆的存在,用平面K型节点承载力公式来预测空间KT-Ov型节点承载力是不合适的,将有较大误差。参数分析表明,ζt对空间KT-Ov型节点承载力是有影响的;腹杆轴力比n TK对节点极限承载力的影响是独立的,不受节点几何参数变化的影响;|n TK|≤0.2时,进行节点承载力分析可忽略单T平面内腹杆所受轴力影响;无论单T平面内腹杆受压还是受拉,均会导致节点极限承载力的降低,在单T平面内腹杆不受力(即n TK=0)时,空间KT-Ov型节点极限承载力有最大值。

管桁结构K型搭接节点滞回性能有限元数值分析

在管桁结构中,对于搭接节点隐藏焊缝焊与不焊的问题,现行钢结构设计规范GB50017-2003对此部分焊接未作明确要求.为揭示K型搭接节点隐藏焊缝焊接与否对节点抗震性能的影响,在试验研究的基础上,采用ANSYS有限元软件中的三维四节点弹塑性壳单元shell181建立有限元模型,对管桁结构K型搭接节点隐藏焊缝焊接与否进行了数值模拟,得到了2种不同焊接方式下的K型节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域的应力分布.分析结果表明:隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能优越于隐藏焊缝焊接的节点;搭接节点的最大应力主要发生在两腹杆的搭接处,为此搭接节点的搭接率尽量要小点;ANSYS有限元结果与试验数据的吻合度较好,说明相贯节点的滞回性能的试验通过有限元模拟分析是可行的.

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。

钢管结构K型搭接节点滞回性能参数分析

为揭示K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊对节点抗震性能的影响,优化了该类节点的施工工艺.按照影响钢管结构搭接节点的关键参数β、γ、τ,设计了基本试件及参数试件,采用ANSYS非线性有限元法,对钢管结构K型搭接节点隐藏焊缝焊与不焊进行了数值模拟,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,β、γ、τ参数变化对节点承载力的影响不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能及延性优越于隐藏焊缝焊接的节点.支主管直径比β越大,节点延性越好;主管径厚比γ越大,节点延性越差.支主管厚度比τ对节点延性影响不大,尤其是τ对隐藏焊缝不焊接节点的延性基本没有影响.

圆钢管-横向板相贯连接节点轴向刚度研究

为了研究圆钢管-横向板相贯节点的轴向初始刚度,在分析传力方式和局部变形特点的基础上,建立了用于T形节点、十字形节点刚度计算的半圆拱模型、圆环模型,推导了节点刚度理论式.运用麦克劳林级数将理论式中的复杂函数简化为指数函数与幂函数的乘积,再考虑到板管厚度比的影响,利用多元回归分析技术,获得T、十字形节点的轴向初始刚度参数化计算式.研究结果表明:节点轴向初始刚度与弹性模量和主管直径成正比,与板管厚度比呈对数函数关系,与主管径厚比、宽径比(板宽与管直径比)呈相互影响的幂函数、指数函数关系;弯矩和剪力并不影响弹性受力状态下的节点轴向初始刚度,计算式所得初始刚度值与有限元结果的相对误差小于10%.

管桁结构KK型搭接节点滞回性能的数值分析

在管桁结构中,对于搭接节点隐藏焊缝焊与不焊的问题,现行GB 50017—2003《钢结构设计规范》对此部分焊接未作明确要求.为揭示KK型搭接节点隐藏焊缝焊接与否对节点抗震性能的影响,采用ABAQUS有限元软件中的4节点完全积分格式的壳单元S4建立有限元模型,对管桁结构KK型搭接节点隐藏焊缝焊接与否进行数值模拟,得到2种不同搭接方式下的KK型节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域的应力分布.分析结果表明:隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能优越于隐藏焊缝焊接的节点;搭接节点的最大应力主要发生在支管的搭接处,为此搭接节点的搭接率尽量要小;沿主管轴线方向有间隙,而垂直于轴线方向的支管两两搭接的KK节点的滞回性能更优越.

腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点极限承载力计算公式适应性研究

建立合理的有限元模型,应用有限元法对腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点进行非线性计算,得出的承载力具有相当的准确度.与弦杆倾角较大腹杆作为搭接腹杆的节点极限承载力较高.由研究分析可知当贯通腹杆与弦杆夹角减小后,节点搭接率降低,但不论CW还是TW型搭接节点极限承载力均相对对称节点有所提高.由公式的计算结果与数据库中N型搭接节点试验结果进行比较可知计算公式可以准确的预测腹杆与弦杆倾角不相同搭接K型节点极限承载力.

十字形圆钢管-横向板相贯节点的抗弯刚度

分析了十字形圆钢管-横向板相贯节点在板弯矩作用下的传力方式和局部变形特点,在此基础上结合有限元单参数分析,并利用多元回归分析技术,获得了节点抗弯刚度的实用参数化计算式。研究结果表明:板宽度与主管直径之比(板宽比)、主管径厚比对节点刚度的影响很大,板管厚度比对节点刚度的影响小,可以忽略;节点抗弯刚度与弹性模量和主管直径的三次方成正比,与板宽比、主管径厚比分别近似呈指数函数、幂函数关系;参数化计算式所得的节点刚度值与有限元结果的相对误差基本上小于10%。

空间KK型圆钢管相贯节点极限承载力有限元模型研究

对影响空间KK型圆钢管相贯节点极限承载力的各种因素进行了数值研究 ,并将数值结果和现有的实验数据进行了对比。为建立准确可靠的有限元模型提供了理论依据 。

圆钢管相贯节点静力单调与滞回性能研究进展综述

钢管结构在大跨公共建筑和中高层建筑中应用广泛,相贯节点和圆钢管分别是钢管结构中常见的节点形式和构件截面形式之一。对国内外有关圆钢管相贯节点静力承载性能、非刚性性能和滞回性能方面的主要研究成果进行总结,在此基础上,提出对圆钢管相贯节点静力单调和滞回性能进一步展开研究的若干看法。

弦杆弯折T型圆钢管相贯节点抗弯性能分析

以重庆江北国际机场新航站楼钢屋盖为例,对弦杆为直杆和折杆两种类型的T型圆钢管相贯节点试验数据进行有限元分析.通过有限元计算校验表明,试件板壳有限元分析结果与实测值基本符合;参数分析表明,在一定几何参数条件下,T型节点的腹杆与弦杆倾角在40°时,达到平面内抗弯刚度的最大值;而倾角在20°时,达到平面内抗弯刚度的最小值,且小于弦杆为水平T型节点的平面内抗弯刚度.在平面内弯矩作用下,弦杆为折杆的T型圆钢管节点计算可以简化为刚接节点模型.

弦杆为折杆T型圆钢管节点抗弯刚度试验与有限元分析

以T型原钢管节点抗弯刚度试验研究为基础,对节点的非线性有限元建模方法进行了校验.揭示了影响节点抗弯刚度的主要参数以及这些参数与抗弯刚度的关系.建议改变传统的把节点简化为刚接或铰接的思想,在节点区域施加弹簧单元,这种方法应该更接近于实际节点的受力情况.

弦杆弯折对圆钢管节点抗弯承载力的影响分析

对弦杆为折杆的圆钢管T型相贯节点平面内抗弯极限承载力研究的必要性和国内外目前的研究现状作了简述。对该类节点的平面内抗弯承载力破坏准则做出了定义。通过弦杆为直杆的T型节点平面内抗弯承载力有限元计算结果与《空心管结构连接设计指南》计算值比较,认为可以利用经过试验验证的板壳有限元方法进行弦杆为折杆的T型节点平面内抗弯极限承载力分析。研究结果表明,随弦杆弯折角度Φ值的增大节点抗弯极限承载力增大,弯折角度30°以内可以忽略由于弦杆弯折带来的节点抗弯承载力提高。通过单参数分析各参数对平面内抗弯承载力的作用趋势和影响大小。在一定的几何参数条件下,节点抗弯承载力大于杆件抗弯承载力。

圆钢管搭接节点极限承载力计算公式的改进

根据圆钢管搭接节点的最新试验数据和国际管结构数据库数据,对目前平面K圆钢管搭接节点极限承载力计算公式进行了对比分析.结果表明,目前计算公式均不能较好拟合试验数据.为此,提出了在平面K型节点极限承载力计算公式中增加参数τ(腹杆与弦杆壁厚比值)和OV%(搭接率),作为修改现行规范的参考.

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.

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。

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.