冷弯不锈钢管T型及X型节点设计

采用有限元方法,对冷弯不锈钢方管、矩形管支撑和弦杆中的T型、X型及预应力X型节点进行数值分析。考虑几何非线性和材料非线性,获得节点承载力、破坏模式及荷载-位移曲线。利用试验结果,对T型、X型矩形管、方管节点的非线性有限元模型进行修正,直到有限元结果和试验结果足够吻合。采用修正后的有限元模型对172个T型、X型节点进行参数分析,研究冷弯不锈钢管节点强度和性能的影响。将数值分析和试验中获得的节点承载力与按规范计算的设计承载力进行对比。对不锈钢管结构,采用澳大利亚规范、新西兰规范计算;对碳素钢管结构,采用国际管结构发展与研究委员会设计规范和欧洲设计规范计算。通过可靠性分析,分别评价本文提出的设计方法和现有规范的可靠度。结果表明:采用本文方法计算的设计承载力更准确、更可靠。     

方管圆管混合空间钢管节点承载性能的非线性分析

以圆管为弦管,方管(包括矩形管)为支管的混合空间钢管节点,构造新颖,受力复杂,其承载力设计和计算是工程师所关注和急需解决的问题。本文采用非线性有限元方法,选用四节点等参壳元,应用自动步长增量法求解方管圆管混合空间管节点轴向受力或平面外受弯的极限承载力。程序系统在移植ADINA程序的基础上,开发了可进行T型、X型、K型和TT型管节点有限元网格剖分的前处理程序CTUBE,并编写了AutoCADADS/RX应用程序显示管节点模型受荷后的变形和应力分布。本文通过大量算例分析,回归出相关承载力计算公式,供设计人员参考。     

考虑截面圆角效应的T型方管相贯节点静力承载力研究

CIDECT的T型方管相贯节点静力承载力公式忽略了弦杆截面圆角效应,有限元计算表明弦杆截面圆角效应对节点极限承载力有一定的影响,尤其对于较大β的节点和弦杆截面圆角外半径较大的冷弯薄壁管材节点的影响更明显。为此将考虑弦杆截面圆角效应,并提出关于T型方管节点静力承载力的修正公式。     

弦管轴向应力对TX型和XX型矩形管节点轴向承载力的影响

管节点通常是弦管和支管都受到轴向力作用,弦管应力可能对节点轴向承载力有显著的影响．本文使用有限元软件ANSYS分析了弦管应力对TX型和XX型矩形管节点轴向承载力的影响,并与相应的平面T型和X型矩形管节点作了对比．采用Lu的方法判定节点承载力．结果表明,弦管拉力对节点承载力的影响可以忽略,而弦管压力则会降低节点承载力,本文计算结果与相关规范有一定差异．     

等宽T型方管节点静力工作性能与设计

采用非线性有限元分析方法研究了等宽T型方管节点的破坏模式 ,各几何参数及弦杆所受轴压荷载对节点性能的影响。将新修订的《钢结构设计规范》 (GB5 0 0 17-2 0 0 3 )中等宽T型方管节点的设计公式与国外普遍采用的设计公式、有限元计算结果及实验结果进行了比较。结果表明 ,我国钢结构设计规范给出的设计公式是合理可行的。     

不锈钢轴心受压柱弯曲屈曲承载力分析

为给我国《不锈钢结构技术规范》中轴心受压柱弯曲屈曲稳定部分的编制提供依据,对国外已有的同类构件的设计方法和试验研究数据进行搜集和对比。结果表明：目前的欧洲不锈钢结构设计规范和美国冷成型不锈钢结构设计规范中计算该类构件的公式均存在一定不足。依据搜集到的199个方管、矩形管、圆管、椭圆管、焊接H形钢和冷弯C型钢截面柱的试验数据,根据冷弯效应及残余应力对轴心受压构件稳定性能的影响,将构件依据截面形式分为A、B、C三类,其中方管、矩形管和冷弯C型钢为A类,圆管和椭圆管为B类,焊接H形钢为C类,三类轴心受压稳定曲线均采用Perry公式形式表达。与试验数据对比表明：采用三类曲线能较好地估算构件的稳定承载力且离散性较小。对提出的计算式进行可靠度分析,结果表明其可靠度指标β满足我国GB 50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》的要求。     

K型方管搭接节点的极限承载力研究

相贯节点的强度计算是空间管桁结构设计中的一个重要方面。利用有限元软件ANSYS,考虑材料非线性和几何非线性,对K型方管搭接节点的极限承载力进行数值模拟研究,通过一些关系曲线得出搭接率及其他几何参数对节点承载力的影响。     

轴向力作用下T型方管节点的塑性铰线分析

在Murray模型的基础上 ,采用VonMises屈服准则 ,推导了在轴向压力影响下的倾斜塑性铰线承载力公式。建立了在弦杆轴向压力影响下 ,直接焊接T型方管节点抗轴压的塑性铰线模型。得出的节点承载力公式与规范 (IIW、欧洲推荐、AWS)采用的经验公式、非线性有限元计算结果及实验结果吻合较好 ,从而在理论上完善了T型方管节点的抗压塑性铰线模型     

冷成型不锈钢管轴心受压柱试验研究

为研究冷成型不锈钢管轴心受压柱的稳定性能,进行了国产304牌号冷成型不锈钢方管、矩形管和圆管截面,共43根轴心受压柱试验。通过对不锈钢材料、轴压短柱试件和轴压长柱试件的试验研究,得到了试件的材料力学性能和极限荷载。分析了试件的长细比、宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能的影响。结果表明：试件的宽厚比（径厚比）对其破坏模式及变形性能有较大的影响。采用GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、欧洲不锈钢结构设计规范、美国冷成型不锈钢结构设计规范中的计算方法以及Rasmussen提出的设计方法对试验试件进行了计算,并与试验数据对比结果表明,对于圆管试件,采用三本规范计算得到的承载力均高于试验值,偏于不安全,采用Rasmussen 提出方法的计算结果与试验值较为接近;对于方矩管试件,各种方法计算结果相近,除短柱试件试验结果高于计算结果外,其余试件试验值均与计算结果吻合较好;GB 50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的计算方法不能直接用于计算不锈钢管轴心受压柱承载力。     

开长圆孔轴压构件畸变屈曲承载力试验

对26根腹板开长圆孔和未开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力。利用现行国家规范GB50018-2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》、北美冷弯钢结构构件设计规范AISI S100-2012计算构件承载力及非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较。在此基础上,对腹板开长圆孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明:对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现局部、畸变和整体屈曲的相关作用;腹板开孔对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用;采用折减构件有效截面面积的修正方法可计算开长圆孔构件的畸变屈曲稳定承载力。     

空间KX型相贯节点承载力分析

KX型相贯节点被广泛应用于空间结构中,但目前相关规范尚无其承载力计算方法。同时考虑几何非线性和材料非线性,利用有限元方法计算得到了不同几何参数和荷载参数的KX型节点极限承载力,建立了6组KX型节点K支管承载力和X支管承载力的相关曲线,进而通过分析发现了相关曲线存在的规律,并得到相关文献试验数据和数值分析数据的验证。最后,基于分析得到的规律提出了KX型相贯节点的极限承载力计算式。     

不锈钢圆管相贯节点数值分析

参考国内外学者对钢管节点的研究成果,借鉴其研究方法,对影响X形、T形圆管节点强度的主要因素进行选取:支管与主管直径之比β、主管外径与其厚度比值2γ、支管与主管厚度比值τ,同时考虑焊缝对节点性能的影响,并引用国外最新的不锈钢管节点的试验数据,以证明有限元分析模型的正确性。通过采用有限元分析软件对选定的圆管节点进行分析,获得节点三种破坏模式,并将其数值模拟结果与GB 50017—2003《钢结构设计规范》中碳钢节点设计公式的计算结果进行对比,研究该算式用于不锈钢管节点设计的适用性,并基于算式,提出相应的设计参考式。     

弦杆轴力作用下等宽K型间隙方管节点性能的研究

等宽K型方管节点是一种外形美观、制作方便、承载力高的节点形式。本文利用非线性有限元分析的方法对等宽K型方管间隙节点进行了数值计算 ,揭示了在弦杆轴力作用下此类节点的极限承载力、变形、刚度等随各几何参数的变化规律 ,得出了一些有用的结论 ,可供工程设计参考应用。     

K型搭接节点承载力性能分析及建议公式

空间管桁结构是目前流行的结构形式 ,其相贯节点的特性比较复杂。利用有限元分析手段 ,考虑材料非线性和几何非线性对节点进行非线性全过程分析。针对K型节点重点考察了搭接型节点的应力分布、塑性扩展和变形 ,考察各个参数对承载力的影响 ,对规范的承载力公式进行修正 ,并与国外规范进行比较     

等宽T型方管节点承载力计算

采用非线性有限元分析的方法和试验数据对等宽T型方管节点的试验方案、几何参数对其性能的影响进行了研究。在参数分析的基础上 ,采用回归的方法得出T型方管节点计算公式 ,公式计算结果与试验结果吻合良好。     

不同加劲板布置下T型方钢管节点内力分析

该文基于ABAQUS有限元软件对T型方管节点的无加劲肋板、纵向加劲肋板、横向加劲肋板三种节点形式的弹性模型下力学行为进行数值分析,结果表明横向加劲肋板可以使节点应力集中现象得到有效缓解。此外该文采用理想弹塑性模型对节点进行比较,发现与弹性分析结果相差较大。与规范设计承载力相比,弹塑性模型通过位移控制得到的极限承载力存在一定的冗余。     

空间相贯圆钢管节点受力性能试验研究与有限元分析

以武汉天河机场T3航站楼为工程背景,对航站楼屋盖结构中典型空间相贯节点(X+KT形节点)的静力性能进行了足尺试验研究和有限元分析。根据最不利设计荷载工况,对节点试件进行多点同步加载,得到了节点的受力性能、破坏模式和各杆件变形。根据试验节点实测尺寸建立非线性有限元分析模型,对试验节点进行数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好。试验结果和有限元分析表明:试验节点具有较高的安全储备,其破坏模式为受压支管根部局部屈曲破坏。由于试验节点存在主管强、支管弱的特点,节点破坏不属于规范规定的主管过度塑性变形的破坏模式,因此规范中的承载力计算公式不再适用,运用有限元分析方法计算相贯节点承载力是一种有效的方法。     

冷弯中厚壁矩形管屈服强度设计公式研究

为研究冷弯中厚壁矩形管冷弯效应对钢材屈服强度及其他力学性能的影响,对国内现有冷弯中厚壁矩形管的板件试样材性试验和短柱试验数据按照不同截面形式、钢材等级、厂家、厚度及成型方式等进行汇总与分析。提出了适合我国钢材特点与考虑冷弯效应的冷弯中厚壁矩形管屈服强度设计建议公式,将国内外相关规范的考虑冷弯效应的屈服强度计算公式和本文建议公式的计算结果与冷弯中厚壁方(矩)形管短柱试验数据进行对比分析,以验证本文建议公式的适用性。结果表明:按北美规范AISI S100-2007、欧洲规范EN 1993-1-3:2006和加拿大规范CAN3-S136-M84:1984得到的强度计算值相比于个别短柱试验值偏大,我国GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》中的屈服强度计算值相对于采用宝钢和Q345钢材的某些短柱试验值偏大。本文建议公式计算值相对于短柱试验值均偏小且安全,可作为冷弯中厚壁矩形管考虑冷弯效应的强度设计公式。     

弯矩作用下不等宽T形方管节点的塑性铰线分析

本文在Murray模型的基础上,采用VonMises屈服准则,推导了在轴向压力影响下的倾斜塑性铰线承载力公式。建立了在弦杆轴向压力影响下,直接焊接不等宽T形方管节点抗弯的塑性铰线模型。得出的节点承载力公式与CIDECT、Kon-ing建议的公式、非线性有限元计算结果及实验结果吻合较好,从而在理论上完善了不等宽T形方管节点的抗弯塑性铰线模型。     

穿孔冷弯卷边槽钢柱受压承载力研究(Ⅰ):有限元分析及试验结果

研究不同形状的穿孔对冷弯卷边槽钢柱屈曲性能的影响。为研究其屈曲承载力进行了ANSYS有限元分析、试验研究,并利用AISI规范、英国规范(BS)和欧洲规范对其进行了计算。对一端简支、一端固定的穿孔冷弯卷边槽钢柱的屈曲性能进行试验,利用试验结果对有限元计算结果进行验证,并与设计规范的计算结果进行比较。数值分析得到的荷载-位移曲线与试验结果相符。结果表明,穿孔对压缩作用下冷弯卷边槽钢柱的极限承载力具有显著影响。