X型矩形管斜插板节点轴压性能试验研究

对X型矩形管斜插板节点在插板轴压力作用下的极限承载性能进行单调加载的试验研究。实施10个不同插板的厚度和插板平面与矩形管轴线之间夹角的节点轴压性能试验。介绍节点试验方案,描述X型矩形管斜插板节点在插板轴压力作用下的破坏模式,给出荷载-端位移曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将插板相对厚度(插板与矩形管厚度比值)τ、插板平面与管轴线之间夹角θ对节点轴向极限承载力和延性的影响进行讨论。试验研究结果表明:随着夹角θ的增大,节点轴压极限承载力呈增大趋势;θ为0°时,τ值对节点轴压极限承载力的影响很小;其余夹角θ节点试件极限承载力随着插板厚度的增大而增大;节点应变强度最大均发生在插板与矩形管连接的焊缝端部区域。最大应变强度在此区域的分布不同,则节点的破坏模式不同;IIW规范计算公式中未考虑τ值的影响,而试验中τ值对节点极限承载力有很大的影响,所以规范还有待完善,需要进行深入的有限元参数分析。     

改进组合式T形钢管混凝土柱轴压性能试验研究

对18个改进组合式T形钢管混凝土柱进行静力试验,分析钢管厚度、混凝土强度和长细比对试件轴压性能的影响,采用国内外钢管混凝土规范对试件轴压承载力进行计算,并与试验结果对比分析,最后在规范AIJ-CFT:1997的基础上,提出了改进组合式T形钢管混凝土柱轴压承载力计算式。结果表明:试件主要呈现出剪切型破坏、局部鼓曲(或开裂)以及弯曲失稳三类破坏形态;钢管厚度对试件轴压承载力影响较大,而且试件长细比越大,钢管厚度对试件轴压承载力的影响就越显著;随着混凝土强度等级由C30提高到C50,试件轴压承载力有所提高,提高幅度基本在15%左右;当钢管厚度较小时,长细比对试件轴压承载力影响较大;采用各国现行规范计算的轴压承载力均偏于保守;提出了考虑钢管约束效应的轴压承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。     

电弧增材制造不锈钢圆管短柱的几何特性和轴压性能

为研究电弧增材制造(WAAM)不锈钢构件的受力性能,采用316L不锈钢材料,利用WAAM技术制作不同直径、高度和壁厚的圆管短柱试件,通过标准试件的拉伸试验获得材料基本力学性能;通过3D激光扫描进行几何测量,确定其几何参数和局部缺陷;通过短柱轴压试验,获得破坏形态,分析其与局部几何缺陷之间的关系,得到荷载-端部轴向位移曲线,进而分析轴压承载力的影响因素;并将轴压承载力试验结果与采用国内外钢结构设计规范预测结果进行对比分析。结果表明：相比普通钢管构件,WAAM圆管短柱的几何截面具有较大不规则性,局部几何缺陷也相对较大,最大偏差的平均值、最大值分别为0.27～0.75 mm、0.33～0.95 mm;轴压试验的所有WAAM圆管短柱均发生了局部屈曲,且屈曲最明显区域总体上对应于局部几何缺陷较大区域;WAAM圆管短柱的归一化轴压承载力为0.88～1.06,轴压承载力总体上随着径厚比的增大而降低,局部几何缺陷对承载力有一定影响;WAAM圆管短柱能达到欧洲EN-1993-1-4和美国AISC 370中所规定的轴压承载力要求,但多数试件无法达到我国DL/T5154—2002的轴压承载力要求。     

方钢管覆板及竖向插板加强T形节点受压静力试验

为分析方钢管加强节点的轴压承载能力和破坏模式,对支管与主管宽度比β=0.4和β=0.8的两组覆板加强节点、竖向插板加强节点进行轴向静力加载试验。分析了节点破坏模式、荷载 位移曲线、主管变形及应变,以及加强节点的受压承载机理。结果表明：在支管轴向压力作用下,未加强及加强节点的变形能力都较好,试件在破坏前有充分的塑性发展;覆板及插板加强节点的受压承载能力较对应的未加强试件有显著提高,当β=0.4时加强节点的破坏模式与未加强节点一致,当β=0.8时存在节点过度加强问题,引起支管先于节点破坏;相同β下,覆板加强节点的受压承载力高于竖向插板加强节点;在主管表面屈服破坏控制的情况下,覆板加强节点的承载机理为覆板与主管上翼缘共同屈服,竖向插板加强节点的承载机理为插板扩大了主管上、下翼缘的屈服范围。     

钢结构集成房屋模块间十字形板-端板连接节点轴压性能研究

现有钢结构模块化建筑的连接节点大多难以用于集成房屋模块间的连接,为此,提出一种十字形板 端板连接件。通过对两个节点试件进行轴压试验,研究节点在轴压荷载作用下的破坏模式和承载力。采用ABAQUS建立试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性。采用该有限元模型分析了十字形板厚、端板厚和柱壁厚等参数对节点轴压承载力的影响。结果表明,柱壁与十字形板厚度的比值影响节点轴压破坏模式,其轴压破坏模式分为十字形板扭转破坏、柱端压屈破坏和两种破坏的组合。采用ANSI/AISC 360-2010中对柔薄板件的计算方法,得到十字形板扭转破坏下的轴压承载力计算公式。通过引入强度折减系数,得到柱端压屈破坏模式下的轴压承载力计算公式。将试验结果和有限元模拟结果进行对比,验证了承载力计算公式的实用性。     

钢管十字插板连接承载力试验研究及有限元分析

为了研究广东某新建220 kV输电钢管塔交叉斜材连接所采用的十字插板连接形式的受力性能,选用连接处8组足尺连接节点进行承载力试验,连接件形式分别采用普通条形板、角钢、弯折板;结合试验结果,运用ANSYS软件对试件进行非线性有限元分析及参数分析,给出了连接件面积与钢管面积比值、钢管开槽长度与钢管管径比值的临界解。结果表明:该输电塔交叉斜材钢管管径配合下的十字插板连接安全可靠但不够经济,在轴压作用下采用近似等面积的角钢和弯折板连接件形式对节点承载力无影响;连接件面积与钢管面积比值大于临界解时,钢管发生弹塑性失稳破坏,小于临界解时,十字插板连接位置发生破坏。     

支管灌混凝土平面X形圆钢管节点轴压性能试验研究

为研究支管灌混凝土X形圆钢管节点的轴压性能,对6个不同截面几何参数的支管灌混凝土X形圆钢管节点进行了单调加载试验。介绍了节点试验方案,揭示了节点破坏模式,给出了加载点荷载 端位移曲线、支管轴力-主管壁变形曲线以及节点区域折算应变分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点轴压承载力和弹性轴压刚度的影响进行了分析。试验研究结果表明：节点试件均表现出较好延性;所有试件的主管壁最大竖向变形位移都大于0.03倍主管直径,在判定该类圆钢管节点轴压承载力时应该采用极限变形准则;节点轴压承载力与弹性轴压刚度都随着β和τ的增加以及γ的减小而提高;所有试件的支管根部测点都未进入塑性且主管都是鞍点和冠点之间的中间测点首先进入塑性;在试验参数条件下,支管灌混凝土对X形圆钢管节点轴压承载力提高不明显,甚至会降低其轴压承载力。目前GB 50017-2003《钢结构设计规范》公式不能较好地计算支管灌混凝土X形圆钢管节点轴压承载力。     

十字板-端板式模块化钢结构连接节点抗弯性能研究

为研究十字板-端板式模块化钢结构连接节点的抗弯承载力和破坏模式,对该节点的一个足尺试件进行单调加载试验,并对该节点的抗弯性能进行有限元分析。研究结果表明:试件的破坏模式为梁端形成塑性铰,节点和上、下柱未发生明显破坏;节点十字板厚度和高度对节点的抗弯承载力影响较小;随着屋面梁和楼面梁高度的增加,节点的抗弯承载力、初始抗弯刚度和延性系数都显著提高;随着轴压比的变大,节点的抗弯承载力、初始抗弯刚度和延性系数都有明显下降。     

矩形管-圆管T形节点轴压承载力试验研究

我国现行钢结构设计规范中没有对腹杆(支管)为矩形管、弦杆(主管)为圆管的节点(支方主圆节点)强度计算公式。EC3规范、CIDECT指南等虽给出了支方主圆节点承载力的计算公式,但与腹杆为H形截面的节点(支H主圆节点)承载力计算公式采用了完全相同的形式,其合理性有待验证。对4个轴压T形节点试件进行试验研究并进行了有限元分析。发现支方主圆的T形节点以纵向板传力为主,支H主圆的T形节点以横向板传力为主;支管截面外包尺寸相同时,前者的承载力会不同程度大于后者。将试验结果与EC3、CIDECT的承载力计算公式进行对比,发现公式低估了腹杆纵向板相对宽度对承载力的影响。通过有限元分析,对试件弦杆采用不同边界条件的试验结果进行可比性研究,提出比较不同试验结果的"等效长径比"概念。     

空间隔板焊接X形圆钢管相贯节点受力性能试验研究

对3个足尺空间隔板焊接X形圆钢管相贯节点分别进行了轴力作用下的单调加载试验和往复加载试验,得到了节点的破坏模式,并对节点的受力性能包括静力弹性刚度、承载力、延性和滞回性能等进行分析。验证了该种空间隔板焊接节点的构造措施合理,节点的承载能力相对设计工况有两倍以上的安全储备,节点受力安全可靠。运用ABAQUS软件建立有限元分析模型,并与试验结果对比,验证了有限元模型的适用性,并对节点进行设计工况下的内力校核,参数分析结果表明,管径厚比、相贯角度、椭圆连接板厚度及平面外角度对空间隔板焊接节点性能影响较大,节点刚度和承载力随着支管径厚比和平面外角度的增大而降低,随着相贯角度和椭圆连接板厚度的增大而提高。综合试验和有限元分析结果,节点设计要确保支管设计内力不大于节点承载力,增大椭圆板厚度以及补焊椭圆板隐藏焊缝对节点的受力性能改善较好;当设计该类较小相贯角度（小于20°）的节点时,需按节点承载力进行设计,同时考虑轴向刚度对节点受力性能的影响。     

主管灌混凝土平面X形圆钢管节点受压承载力试验研究

对6个不同截面几何参数主管中灌混凝土的平面X形圆钢管节点在支管轴向压力作用下的承载性能进行单调加载试验研究。描述了X形圆钢管混凝土节点破坏现象,给出了支管轴力-整体位移曲线、支管轴力-主管管壁变形曲线以及节点区域折算应变分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点承载力和抗压刚度的影响进行分析。结果表明：节点初始抗压刚度随着β、γ的增大而提高,而τ对初始抗压刚度影响很小;所有节点试件主管测点都未进入塑性,均为支管根部冠点首先进入塑性,且直到破坏时折算应变一直保持最大;主管灌混凝土使钢管节点承载力明显提高。有限元计算结果与试验结果吻合较好。     

圆钢管混凝土K型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明:塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。     

腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯性能试验研究

对腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点在腹杆平面内弯矩作用下的极限承载性能进行了单调加载的试验研究。实施了6个不同截面几何参数的腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯极限承载力试验。本文介绍了节点试验方案,描述了节点平面内弯曲破坏现象,给出了荷载—腹杆端位移曲线、弯矩—弦杆局部变形曲线、弯矩—转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将腹杆与弦杆外径比β、弦杆径厚比γ和腹杆与弦杆壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和抗弯刚度的影响进行了讨论。试验研究结果表明:γ和τ值最大的试件平面内抗弯刚度模式接近刚域模式,其余试件接近非刚域模式;在一定参数条件下,腹杆内灌混凝土的节点试件平面内抗弯承载力、初始抗弯刚度都随着β值的增大和γ值的减小而提高,提高的程度与β、γ具体大小有关,而τ值对抗弯承载力和抗弯刚度的影响不大;各试件在最大弯矩作用下,除τ值较大节点试件的腹杆上所有测点都保持弹性外,其余试件腹杆上测点则部分进入塑性;所有试件的弦杆测点均进入塑性;若实际工程中取欧洲规范弯矩计算值与腹杆全截面塑性弯矩计算值中的最小者计算节点抗弯承载力,则τ值较小节点试件的平面内抗弯极限承载力与理论弯矩相当,而τ值较大节点试件的平面内抗弯极限承载力低于理论弯矩,偏于危险,需要进行深入的弹塑性理论分析。     

主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯性能试验研究

对主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点在支管平面内弯矩作用下的极限承载性能进行单调加载的试验研究。实施6个不同截面几何参数的主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯极限承载力试验。介绍了节点试验方案,描述了X形圆钢管混凝土节点平面内弯曲破坏现象,给出荷载-支管端位移曲线、弯矩-主管局部变形曲线、弯矩-转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和平面内抗弯刚度的影响进行讨论。试验研究结果表明:主管灌混凝土后并没有在主管中形成明显的刚域;在一定参数条件下,主管中灌混凝土的X形圆钢管混凝土节点平面内受弯极限承载力、抗弯刚度均随着β、τ值的增加和γ值的减小而提高;各试件在最大弯矩作用下,所有试件的支管根部测点都进入塑性,主管上大部分测点保持弹性状态;主管中灌混凝土对圆钢管节点平面内抗弯极限承载力有一定的提高,在一定参数条件下提高甚至达到48%,但若实际工程中取欧洲规范弯矩值与支管全截面塑性弯矩值中的最小者计算节点抗弯承载力,在一定的钢管几何参数下不一定是安全的,需要进行深入的有限元参数分析。     

平面K形管板节点抗弯刚度研究

对平面K形管板节点的抗弯刚度进行了有限元分析研究。利用参数分析法,重点考察了主管直径D、支主管夹角θ、主管径厚比γ、支主管直径比β、节点板厚与主管壁厚比τp、支主管壁厚比τw、支管插入板的长度与支管直径比ν等几何参数,以及主管与支管的轴向应力对节点抗弯刚度的影响。研究表明:主管与支管的相对几何关系以及轴向应力对平面K形管板节点抗弯刚度均产生影响。在大量有限元算例的基础上,采用回归分析得出了K形管板节点的抗弯刚度计算公式。     

方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

基于非线性和再生混凝土损伤因子的塑性损伤本构,建立了外加强环全焊接刚性连接、外套管式端板连接半刚性连接以及顶底角钢全螺栓连接半刚性连接3种形式的方钢管约束型钢再生混凝土柱-钢梁节点有限元模型,分析了各模型的抗震性能。结果表明:在低周循环加载下,柱内含有支撑骨架且没有穿柱构件时,有利于提高节点域核心再生混凝土的整体性,受力简单;采用外套管约束节点域,核心再生混凝土的应力、应变较小,有利于再生混凝土耐久性的提高;在相同轴压比、梁柱线刚度比的情况下,外加强环全焊接刚性节点承载能力和滞回耗能能力较高,但延性相对较差;顶底角钢全螺栓连接半刚性节点承载能力、滞回耗能能力相对较低,延性较好;外套管式端板连接半刚性节点的极限承载力、滞回耗能能力和延性性能都有良好的表现;在此基础上,对外套管式端板连接半刚性节点进行了荷载-位移影响参数分析。结果表明:轴压比在弹性阶段对节点的影响不大,在进入屈服和塑性强化阶段,随着轴压比的增高,节点的极限承载力和延性下降;在强柱弱梁的前提下,梁柱线刚度比的增加有利于节点弹性刚度和水平极限承载力的提高,屈服后梁柱线刚度比对节点刚度退化影响不大;钢材屈服强度影响主要体现在节点的极限水平承载力上;再生骨料取代率对节点的延性性能稍有影响;外套管和端板的厚度变化在一定范围时对节点的弹性刚度和极限承载力有一些影响,但增幅随着厚度的增加越来越小。     

空间板节点的非线性分析与极限受压承载力研究

本文提出一种改良的网架节点型式一空间板节点。现行规范中板节点的计算方法多是依据强度条件得出的,而当节点板在轴压作用下,可能在达到屈服强度以前就发生整体失稳,因此有必要对板节点的受力性能进行深入分析,提出相应节点的计算方法。本文采用有限元软件ABAQUS建立板节点数值模拟模型,通过变参数分析考察了节点板厚度和无支长度等因素对节点板受压性能的影响,并将结果与现行规范计算值进行对比分析,提出了单面连接节点板极限受压承载力的计算方法,并对其适用性进行了验证。     

CFRP-方钢管混凝土轴压短柱承载力分析

采用统一强度理论对CFRP-方钢管混凝土轴压短柱进行受力分析,并引入等效应力系数、混凝土强度折减系数和等效约束折减系数,将CFRP-方钢管混凝土转化为CFRP-圆钢管混凝土,进而建立了CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。将所得理论公式的计算结果与文献资料数据进行对比,验证了该公式的正确性,并进行了影响因素分析。结果表明:随材料拉压比、统一强度理论参数和CFRP厚度的增加,CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力不断增大,但CFRP的约束效率却随其厚度的增加在减小;所得结论可为CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的设计、施工及推广提供一定的理论依据。     

不同圆心角圆端形钢管混凝土短柱轴压性能

为研究圆心角60°和120°圆端形钢管混凝土短柱轴压力学性能,对4个圆端形钢管混凝土短柱进行轴压试验,探究不同圆心角和宽厚比对其极限承载力的影响。基于试验结果,应用有限元软件ABAQUS进行三维实体建模,对圆端形钢管混凝土短柱进行参数分析,研究了钢材强度、混凝土强度、宽厚比、高宽比、尺寸效应等对极限承载力的影响。基于参数分析,建立圆心角为60°和120°圆端形钢管混凝土短柱极限承载力实用计算公式。结果表明:破坏形态均为局部屈曲破坏,且平直段区域均出现局部屈曲现象; 随圆心角增大,构件极限承载力增大; 随宽厚比增大,极限承载力呈现下降趋势; 当圆弧段圆心角从60°增大至120°时,强度指标降低,表明整体约束效应减弱; 圆端形钢管混凝土轴压短柱的整体约束效应随圆心角增大而减小; 随着钢材强度、混凝土强度的增大和构件宽厚比的减小,极限承载力逐渐增大; 不同圆心角的尺寸效应对其极限承载力与初始刚度的影响类似,随着构件尺寸增大,极限承载力与初始刚度均呈现增大的趋势。