斜交网格结构空间相贯焊接节点滞回性能的数值分析

利用ABAQUS有限元软件对斜交网格结构中空间相贯节点进行分析,研究其在低周往复荷载下的延性、刚度退化、强度退化、耗能能力等性能,并通过分别改变斜交角度、竖向拉板厚度、横向连接板厚度、钢管半径与厚度之比(径厚比)等参数,分析其对节点滞回性能的影响。结果表明,此空间相贯焊接节点的延性和耗能能力良好,刚度退化和强度退化不明显。对抗震性能影响最大的因素是斜交角度,其次是钢管径厚比,影响最小的是竖向拉板厚度和横向分隔板厚度。     

Mechanical behavior research on multi-planar steel tubular joints with inner plate

通过对内置加强板的空间DKYY型圆钢管相贯节点的足尺试验和有限元模拟,分析节点应力和变形的发展过程。结果表明：节点在1.3倍设计荷载作用下保持弹性工作状态,具有较高的安全度,可以满足设计承载力需求,有限元分析较好地模拟了加载试验过程,有效弥补了节点试验测点较少的不足,可用于节点受力性能的全面评估。另外,选取较小的主管径厚比和内置加劲板可提高其径向刚度,确保节点破坏时主管处于弹性工作状态;支管加劲板对支管的弹性刚度没有影响,对其承载能力的影响不大,但可以减小支管的径向变形,局部改变支管的应力分布。该节点的构造设计是合理的,其在设计荷载作用下的受力是安全的。     

内置加强板空间相贯节点受力性能研究

通过对内置加强板的空间DKYY型圆钢管相贯节点的足尺试验和有限元模拟,分析节点应力和变形的发展过程。结果表明:节点在1.3倍设计荷载作用下保持弹性工作状态,具有较高的安全度,可以满足设计承载力需求,有限元分析较好地模拟了加载试验过程,有效弥补了节点试验测点较少的不足,可用于节点受力性能的全面评估。另外,选取较小的主管径厚比和内置加劲板可提高其径向刚度,确保节点破坏时主管处于弹性工作状态;支管加劲板对支管的弹性刚度没有影响,对其承载能力的影响不大,但可以减小支管的径向变形,局部改变支管的应力分布。该节点的构造设计是合理的,其在设计荷载作用下的受力是安全的。     

方钢管柱-焊接工字形钢梁钢框架隔板贯通式节点滞回性能试验研究

针对贯通隔板相关参数对方钢管柱-焊接工字形钢梁钢框架节点抗震性能的影响,设计了4个隔板贯通式节点试件,对其进行了低周反复循环荷载作用下滞回性能的试验研究。试验表明,该类型节点具有较好的延性和承载力,强度退化和刚度退化稳定。隔板的厚度对节点承载力有明显影响,厚度越大,承载力越高;在一定范围内,隔板的平面尺寸越大,越能将应力有效分散到更大区域,对承载力有一定贡献。     

双向荷载作用下方钢管混凝土柱-组合梁空间节点抗震性能试验研究

完成3个方钢管混凝土柱-组合梁空间节点模型的抗震性能试验,重点研究不同加载路径下空间组合节点的受力特征、滞回性能和破坏机理,比较平面加载组合节点和空间加载组合节点的受力特征,分析双向加载作用的耦合关系。结果表明,双向受力对钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力、变形、延性以及刚度、强度退化等性能有较大影响;与平面内加载的组合节点相比,双向加载条件下空间组合节点的承载力最多可降低20%,延性降低10%;由于双向荷载的相关作用,梁变形在总变形中所占的比例有所降低,而柱变形及节点域剪切变形所占的比例增大,在节点核心区受剪设计时应考虑双向受力的不利影响。     

开洞T形圆钢管相贯节点极限承载力研究

为分析开洞T形圆钢管相贯节点极限承载力,确定开洞率对节点极限承载力的影响规律,并给出T形圆钢管相贯节点的开洞设计建议。首先对支管轴心受力T形圆钢管相贯节点的受力机理进行了阐述,建立了参数化节点有限元计算模型,参数包括:支主管管径比、支主管管壁厚度比、开洞率和支管受力状态,并对160个支管轴心受力节点模型进行了非线性有限元分析。结果表明:开洞对支管轴心受拉节点的影响大于支管轴心受压节点;其他条件不变时,支管壁厚越大,极限承载力也越大;满足一定条件时,支管轴心受压T形圆钢管相贯节点开洞率可取到0. 5,而支管轴心受拉节点开洞率只可取到0. 25。     

组装式钢货架螺栓连接梁柱节点试验

为了研究组装式钢货架中螺栓连接梁柱节点的刚度、承载力和耗能性能,进行了节点单调加载和反复加载试验。结果表明:改变横梁与连接板的相对位置对梁柱节点的初始刚度、极限承载力和变形特征均有影响;当横梁位于连接板上侧时,节点中承受向上拉力的一侧连接板被螺栓撕裂,此种节点的初始刚度和极限承载力最小;横梁焊接在连接板中下部的2种节点在横梁产生较大转角(超过0.18rad)后,承载力并没有下降;在单调加载试验中,由于螺栓与螺栓孔壁之间存在着间隙,螺栓会发生滑移,使试件的弯矩-转角曲线出现转折;反复加载试验得到的节点荷载-转角滞回曲线呈Z形,每个加载级的节点能量耗散系数与割线刚度随着加载循环次数的增加而减小。     

上平焊接球节点受压极限承载力的有限元分析

上平焊接球节点是一种新型的空间结构用节点型式,综合了焊接球和鼓形节点的优点.节点刚度不对称,现行规范中未有相应的承载力计算公式.通过足尺节点试验结果与节点有限元模拟结果对比,验证了有限元模型参数设置的有效性和合理性.研究了焊接球直径、加劲肋数量、高度、加载管径和球壁厚度5个因素对节点受压极限承载力的影响,分析了不同因素作用下普通焊接球节点与上平焊接球节点极限承载力的比值关系,为该类节点的设计提供了参考.     

圆端形椭圆钢管T形相贯节点轴压性能试验研究与承载力计算

圆端形椭圆钢管是一种融合圆形和矩形截面特征优势的构件,其圆端部分可以提供良好约束,矩形部分可实现快捷连接,在桁架结构中有着良好的应用前景,然而目前尚缺乏有关圆端形椭圆钢管相贯节点的受力性能研究。为此,通过对13根圆端形椭圆钢管T形相贯节点开展轴压性能试验,研究相贯类型、主支管径比、主支管夹角和是否填充混凝土等对其破坏模式、承载力、初始刚度和延性等力学性能的影响,明确圆端形椭圆钢管T形相贯节点在支管受压作用下相较圆形或矩形钢管相贯节点的承载特征差异,揭示相贯节点的受力机理,提出圆端形椭圆钢管相贯节点的轴压承载力计算式。研究结果表明,圆端形椭圆钢管T形相贯节点表现出良好的轴压性能;支管与主管圆弧段连接的相贯节点轴压承载力分别为圆形或矩形钢管相贯节点的1.07~1.66倍,具有明显的承载优势;主管填充混凝土可使圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力和初始刚度分别提高75.5%~103.4%和11.9%~60.6%;通过试验结果验证,提出的轴压承载力计算式可较准确地评估圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力。     

可调节误差套筒节点受力性能有限元分析

针对中小跨度单层空间网格结构,提出可调节误差的套筒节点,该节点通过螺纹连接,可重复拆卸与拼装,且能够进行角度误差和长度误差调节,便于安装施工。为研究该类节点的受力性能,基于ANSYS建立节点实体模型,对其进行受拉、受压和受弯有限元分析,考察节点各部件的受力状态和破坏机理。通过参数分析,研究节点焊接球壁厚、接头壁厚、套筒壁厚、内外衬环壁厚和接头间隙等对其承载力的影响规律。研究结果表明：节点薄弱区位于内外衬环连接处;随着焊接球壁厚的增大,节点的受拉、受压及受弯承载力均逐渐增大;接头壁厚增大,节点各项承载力均逐渐增大,但当壁厚增大至接头半径的1/2后,节点承载力基本不变;增大套筒壁厚,节点承载力逐渐增大,但增幅会逐渐减缓;内外衬环最小壁厚对节点的刚度和承载力影响较小;接头间隙的存在对节点的各项承载力和刚度影响较小。     

Static behavior of planar intersecting CFST connection in diagrid structure

Intersecting connection plays an important role in the new diagrid structural system for high-rise buildings. To investigate the static behavior of the intersecting connection of concrete-filled steel tubular (CFST) columns, a typical reduced-scale planner connection specimen is tested under monotonic axial compression. The failure modes, force mechanism and bearing capacity of intersecting CFST connections are analyzed further in the follow-up numerical simulation, considering influences of intersecting angle, elliptical plate and ring plate. Test and simulation results prove that, intersecting connection can develop fully plastic deformation and provide sufficient bearing capacity. Parametric analysis indicates that bearing capacity of planar intersecting CFST connection mainly depends on intersecting angle and thickness of elliptical plate, while the ring plate affects that little. Capacity estimation method for planar intersecting CFST connection is proposed basing on the capacity of the critical section which is located near intersecting center for a distance of steel tube radius, and the design suggestions is provided in the end of this paper.     

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。     

Experimental investigation and design of round ended elliptical steel tubular T-joints under axial compression

圆端形椭圆钢管是一种融合圆形和矩形截面特征优势的构件，其圆端部分可以提供良好约束，矩形部分可实现快捷连接，在桁架结构中有着良好的应用前景，然而目前尚缺乏有关圆端形椭圆钢管相贯节点的受力性能研究。为此，通过对13根圆端形椭圆钢管T形相贯节点开展轴压性能试验，研究相贯类型、主支管径比、主支管夹角和是否填充混凝土等对其破坏模式、承载力、初始刚度和延性等力学性能的影响，明确圆端形椭圆钢管T形相贯节点在支管受压作用下相较圆形或矩形钢管相贯节点的承载特征差异，揭示相贯节点的受力机理，提出圆端形椭圆钢管相贯节点的轴压承载力计算式。研究结果表明，圆端形椭圆钢管T形相贯节点表现出良好的轴压性能；支管与主管圆弧段连接的相贯节点轴压承载力分别为圆形或矩形钢管相贯节点的1.07~1.66倍，具有明显的承载优势；主管填充混凝土可使圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力和初始刚度分别提高75.5%~103.4%和11.9%~60.6%；通过试验结果验证，提出的轴压承载力计算式可较准确地评估圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力。     

考虑倒角系数的T型铸钢节点的滞回性能分析

铸钢节点用圆形倒角取代了传统焊接管节点相贯线处的焊缝,其应力集中小、承载力强、造型美观,在建筑结构中得到了广泛应用。通过对不同倒角系数和壁厚的T型铸钢节点滞回性能进行有限元分析,发现铸钢节点滞回性能良好,增大倒角系数可以提高极限承载能力,但对节点变形能力影响较小。相关结果为铸钢节点设计和工程的应用提供了理论依据。     

Hysteretic performance of circular hollow section tubular joints with collar-plate reinforcement

Welded tubular joints have a weak stiffness in the chord radial direction due to the hollow section, and failure frequently occurs mostly on the chord surface along the weld toe. In the past, collar-plate has been proven to be effective in improving the stiffness and thus increasing the load carrying capacity of a tubular joint. This paper reports the results of a further study on investigating the effect of collar-plate reinforcement on the hysteretic behavior of a welded tubular joint. Overall, a total of 4 tubular T-joints with collar-plate reinforcement together with 4 corresponding un-reinforced specimens are studied experimentally. In the experimental tests, quasi-static axial cyclic loading is applied to these specimens. The hysteretic performance of the reinforced and un-reinforced T-joint specimens is then evaluated from the hysteretic curves, ductility and the energy dissipation ratio etc. Based on the experimental results, it is found that the T-joint specimens with collar-plate reinforcement can dissipate more energy before failure when they are subjected to cyclic loading compared to the un-reinforced ones, and thus they have a more ductile characteristic. Such ductility is attributed to the improved deformed capacity as well as the increased load carrying capacity of the reinforced T-joints.     

斜向受力十字形钢管混凝土柱抗震性能试验研究

为研究十字形钢管混凝土柱在斜向受力下的抗震性能,以加载角度(0°和45°)、混凝土强度等级(C50和C70)、轴压比(0、0.25和0.5)以及是否设置加劲肋为试验参数,进行了9根十字形钢管混凝土柱在往复荷载作用下的试验研究,获得了柱的破坏形态、水平荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、延性、累积耗能、变形等特性,分析了不同参数对柱抗震性能的影响规律。并建立了十字形钢管混凝土柱的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合良好。试验结果表明:十字形钢管混凝土柱具有较好的滞回性能,所有柱的位移延性系数均高于3.5;轴压比对十字形钢管混凝土柱的抗震性能影响较大,轴压比越大,柱承载力越低,刚度退化越快,延性和耗能能力也越差;随着混凝土强度的增加,柱承载力增加,轴压比较大时,混凝土强度越高,延性下降越明显;内部间断焊接加劲肋的柱比未设置加劲肋柱的承载力提高约8%,但延性和耗能能力提高不大;加载角度为45°柱的滞回性能稍优于0°的柱。     

Hysteretic performance of circular hollow section tubular joints with collar-plate reinforcement

Welded tubular joints have a weak stiffness in the chord radial direction due to the hollow section, and failure frequently occurs mostly on the chord surface along the weld toe. In the past, collar-plate has been proven to be effective in improving the stiffness and thus increasing the load carrying capacity of a tubular joint. This paper reports the results of a further study on investigating the effect of collar-plate reinforcement on the hysteretic behavior of a welded tubular joint. Overall, a total of 4 tubular T-joints with collar-plate reinforcement together with 4 corresponding un-reinforced specimens are studied experimentally. In the experimental tests, quasi-static axial cyclic loading is applied to these specimens. The hysteretic performance of the reinforced and un-reinforced T-joint specimens is then evaluated from the hysteretic curves, ductility and the energy dissipation ratio etc. Based on the experimental results, it is found that the T-joint specimens with collar-plate reinforcement can dissipate more energy before failure when they are subjected to cyclic loading compared to the un-reinforced ones, and thus they have a more ductile characteristic. Such ductility is attributed to the improved deformed capacity as well as the increased load carrying capacity of the reinforced T-joints.     

装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验研究及参数分析

为研究装配式混凝土梁柱节点的抗震性能,对1个整浇节点和2个装配式节点进行了低周往复加载试验,分析了两类节点的破坏形态、滞回性能、刚度退化、延性和耗能能力等,研究了轴压比对节点抗震性能的影响。利用ABAQUS软件建立节点的有限元模型,扩充影响参数范围,进一步分析梁纵筋配筋率、后浇区混凝土强度及连接钢板的屈服承载力对节点抗震性能的影响。结果表明：与整浇节点相比,装配式节点具有较高的承载力、刚度和耗能能力,且变形性能相当;轴压比增大时,装配式节点的承载力、刚度及耗能能力显著提高,但延性降低;提高纵筋配筋率和后浇区混凝土强度等级均可改善装配式节点的抗震性能;改变连接钢板的屈服承载力可实现梁端塑性铰向柱外侧转移,当连接钢板与梁纵筋的屈服承载力接近时,钢板可辅助节点进行耗能。     

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及 有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的 破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表 明：平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁 柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试 件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的 存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱 框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间 节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。