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.

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.

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.

中空夹层钢管混凝土K型搭接节点滞回性能

针对K型搭接节点隐藏焊缝不焊接承载力较低的问题,按主圆支圆、主方支圆2种节点形式设计了6个中空夹层钢管混凝土加强型K型搭接节点,对其进行低周往复加载试验。应用ANSYS软件对试验试件进行模拟,得到了节点的破坏模式、荷载-位移关系、应力分布规律,对节点的承载力、延性、耗能、刚度退化等抗震指标进行分析。结果表明:主管夹层灌混凝土提高了节点刚度、承载力及耗能能力,主管夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土对节点的加强效果基本相同;未加强节点的应力主要集中在节点域主管表面,破坏模式为主管表面塑性破坏,加强节点的应力主要集中在支管,以支管拉裂破坏为主,主管无明显变形。模拟结果与试验结果吻合较好。

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.

钢管结构加强型K型搭接节点的破坏准则及承载力分析

利用ANSYS10.0对未加强K-CCYN、K-CCYH节点,加强的K-CCE、K-CCC节点分别建立有限元模型,分析隐藏焊缝对搭接节点静力性能的影响,及隐藏焊缝不焊接而通过垫板和混凝土两种加强方式对节点进行加强的可行性;对不同节点在静力荷载下的破坏模式及承载力情况作对比分析.结果表明:相对隐藏焊缝不焊接的未加强节点,隐藏焊缝焊接节点的承载力提高约16%,并改变了节点的破坏模式;主管管壁垫板加强和主管灌混凝土加强的节点承载力均有提高,分别提高约34%和约27%;垫板能改变节点的传力路径,有效避免节点处的应力集中,使其受力更均匀;垫板长度变化对承载力影响可以忽略,垫板厚度对节点承载力提高不足1%.采用垫板和混凝土对节点加强,加强节点受力显示出优越性.综合考虑各因素,垫板和混凝土两种加强方式优先选择垫板加强的方式.

搭接节点圆钢管桁架结构轴力计算模型

以平面K型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,通过对试验桁架建立铰接、半铰接和刚接杆系有限元模型,计算受外荷载作用下试验桁架各杆件的轴力.有限元计算结果和试验数据对比分析可知,节点试件腹杆和弦杆轴力的试验平均值更接近半铰接模型的计算结果.进一步弹塑性分析表明,在一定的几何参数条件下,搭接节点腹杆轴力可以根据半铰接模型得到的腹杆内力比例和实际加载量确定.建议在后续的搭接节点试验中,可将非节点区域的腹杆壁厚加大,以便通过弹性方法直接反算杆件轴力.

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.

不同加强方式下主方支圆K型搭接节点关键参数分析

通过主管外壁加套管和主管内灌混凝土的加强方式可以改善K型搭接节点的力学性能。为探讨两种加强方式的优劣,通过ANSYS建立有限元模型,首先对有限元模型进行了验证,基于验证的有限元模型进行了参数分析,得到两种加强节点在关键参数影响下的滞回曲线和骨架曲线,对比分析其承载力和滞回性能,其中,K-1节点为主管外壁加套管加强,K-2节点为主管内灌混凝土加强。结果表明:随支、主管夹角θ增加,两种加强节点的滞回性能和承载力均减弱;随支、主管径宽比β增加,两种加强节点滞回性能均减弱,但承载力提高;支、主管厚度比λ对K-1的滞回性能和承载力有一定影响,对K-2的影响不明显;随主管宽厚比η增加,K-1的滞回性能和承载力变化不明显,K-2的滞回性能和承载力均有提高;搭接率O_v的变化对两种加强节点的滞回性能和承载力影响不显著。K-2的承载力和滞回性能总体优于K-1,进一步对K-2延性和耗能进行分析,其延性随参数θ、λ和η的增大均有提高,而随参数β和O_v的增大均有所降低;节点的能量耗散能力与参数β和λ均呈正相关,而与参数θ、η和O_v呈负相关。

平面K型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究

对平面K型圆钢管搭接节点的静力性能进行了静力单调加载的试验研究。实施了7个内隐蔽部分不焊接节点和3个内隐蔽部分焊接节点的试验。本文介绍了节点试验方案,考察了搭接节点的受力性能和破坏模式,并对内隐蔽部分焊接与否、焊脚尺寸、节点处集中荷载幅值以及腹杆搭接顺序对节点极限承载力的影响进行了讨论。试验研究结果表明,贯通腹杆受压时内隐蔽部分焊接与否虽然对节点的破坏模式和应力分布有一定的影响,但是对节点极限承载力影响较小;当腹杆与弦杆的壁厚相对值变小后,由于传力不均匀导致的腹杆局部破坏将成为主要破坏模式,而这一因素和所导致的承载力降低在既有的规范公式中尚未有相应的反映。

平面K型圆钢管搭接节点有限元参数分析与极限承载力计算公式

以平面K型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,从节点极限承载力、变形过程和破坏模式等方面对搭接节点的非线性有限元建模方法进行了校验。重点考察了贯通腹杆受压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、腹杆搭接顺序变化、内隐蔽部分焊接与否对各类搭接节点性能的影响。有限元参数分析结果表明,腹弦杆壁厚比的变化对搭接节点的破坏模式和承载性能影响较大;内隐蔽部分未焊接对贯通腹杆受压的节点极限承载力影响很小,但对贯通腹杆受拉的节点极限承载力影响很大。最后,在零间隙节点承载力计算公式的基础上,应用多元线性回归方法拟合出搭接节点的极限承载力计算公式;该公式与试验结果吻合良好,且具有较好的适用性。

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。

平面KT型圆钢管搭接节点有限元参数分析与承载力计算

以平面KT型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,从节点破坏模式、变形过程和承载力等方面对节点的非线性有限元建模方法进行校验。研究揭示了贯通直腹杆受压搭接节点的破坏过程和塑性区扩展情况,重点考察了贯通直腹杆受压且内隐蔽部分焊接的搭接节点几何参数和内隐蔽部分焊接与否对节点承载力的影响。有限元参数分析结果表明:腹、弦杆直径比和弦杆径厚比的变化对搭接节点的承载力影响较大,而腹、弦杆壁厚比和搭接率影响较小;内隐蔽部分未焊接明显降低贯通直腹杆受压的搭接节点承载力;KT型圆钢管搭接节点承载力均大于相应的KT型和N型零间隙节点承载力。最后,在N型零间隙节点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KT型圆钢管搭接节点的承载力计算式;该计算式与试验结果吻合良好,且具有较好的连续性和适用性。

主管夹层灌混凝土的K型搭接节点滞回耗能分析

为了探究主管夹层灌混凝土加强措施对圆钢管K型搭接节点滞回性能的影响,对1个主管夹层灌混凝土的K型搭接节点试件和1个未加强K型搭接节点试件进行低周往复拟静力试验,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数和能量耗散系数等抗震性能指标,试验结果表明:主管夹层灌混凝土,可有效提高节点的承载力、强度储备和耗能能力,但对节点的延性影响不大。利用ANSYS软件建立节点数值分析模型,模拟结果与试验结果吻合较好,并针对内套管钢材等级、主管钢材等级及混凝土等级开展有限元参数分析。分析结果表明:内套管钢材等级的增加不利于节点的滞回耗能,当采用Q235B时节点的滞回性能最好;当主管钢材等级为Q345B时,节点的各项性能均表现良好,滞回耗能能力最优;而混凝土等级对节点滞回性能影响较小,分析结果可为该类节点的优化设计提供一些参考。