圆钢管混凝土桁架K形节点极限承载力计算方法研究

圆钢管桁架在主管内填筑混凝土,可有效提高其承载力。为了获得圆钢管混凝土桁架K形节点受力性能和承载力计算方法,研究了在受拉或受压支管处K形节点的失效模式和破坏机理;基于圆钢管混凝土K形节点在不同失效模式下的破坏机理和受力状态,分别对支管截面形式为圆形或矩(方)形的圆钢管混凝土K形节点建立合理的简化计算模型,推导出不同失效模式下K形节点极限承载力计算公式,并给出相应的极限承载力建议公式。试验验证了圆钢管混凝土K形节点的试验值与计算值吻合较好,研究表明圆钢管混凝土K形节点的极限承载力计算公式的准确性,可应用于圆钢管混凝土桁架结构计算和设计,也为相关标准建立和完善提供理论依据。     

K形矩管外套强化节点承载力数值分析

矩管桁架在节点区域容易出现主管管壁的局部屈曲和撕裂,针对该问题的强化解决方式,结合某铁路客运站房钢结构工程,提出了矩管桁架节点局部强化的工艺力学性能问题.设计了总共112个数值分析模型,基于微动力阻尼非线性静力方法,分析了K形外套加强节点、无加强节点的力学性能,研究了外套加强的优越性;通过改变节点的设计参数τ,β,研究节点承载力性能的差异,给出外套管构造参数α,D取值的范围及其适用条件.数值分析结果表明,外套加强节点具有良好的工艺力学性能,可供工程设计参考.     

薄壁轻钢矩管桁架梁的优化

薄壁轻钢矩管桁架梁由上、下弦矩管与Z撑经自攻螺钉连接而成,通常会发生上弦矩管局部压屈破坏,而受拉下弦管起不了控制作用的情况。为达到充分利用材料,降低工程造价且便于加工的目的,提出了一种新型的薄壁U形下弦轻钢桁架梁。首先,通过3个采用不同形式下弦的桁架梁试件的静力堆载试验,研究了上下弦截面面积、刚度以及截面形式的不同对整个桁架梁破坏模式、抗弯刚度和极限承载力的影响。然后,对6个不同下弦截面形式、截面面积及开口方向的模型梁进行了有限元分析。试验及分析结果表明,采用U形截面下弦代替矩形截面下弦管可行,正U形截面受力性能优于倒U形截面。     

T形钢桁架连接节点分析

本文主要介绍T形钢桁架的特点,指出分析桁架节点的意义,对规范中没有提出计算方法的此类连接节点进行分析。重点对T形钢桁架的上弦节点进行探讨,提出了一种节点的简化模型计算方法,采用ANSYS软件进行有限元分析,通过节点的mises应力云图和位移变形图,了解节点在不同荷载作用下的应力分布规律,找出节点受力中最不利的环节,分析节点的受力特性,提出了相应的解决办法,特别是节点设计中的一些构造措施,可以为设计人员在节点设计时提供一些参考。     

钢结构建筑的细部设计——节点构造

本文较详细地阐述了钢结构节点构造的基本原则, 并根据节点构造的部位以及构造方式的不同对其进行较详细地分类,对它们的受力方式、组成原则和形态特征进行分析。为强化节点构造在建筑空间塑造中的作用, 应实现力与形的统一、形与意的统一。     

受拉T形连接件高强螺栓受力性能研究

对钢结构梁柱高强螺栓连接节点的T形连接件的受拉螺栓性能进行研究。改变T形连接件端板翼缘厚度、螺栓位置、螺栓直径和强度等级,同时考虑螺栓接触力偏心,对高强螺栓连接T形连接件进行受拉试验,研究弯矩对螺栓受力性能的影响。试验结果表明:随着T形连接件端板翼缘厚度降低、螺栓直径和强度等级减小以及螺栓内、外翼缘长比值远离数值1,弯曲应力占螺栓截面最大拉应力的比值上升,截面弯矩不能被忽略。采用有限元软件进行分析,分析结果和试验结果吻合较好。弯矩作用形成的拉应力最大可达总拉应力的25%。采用最小二乘法进行拟合,简化受拉T形连接件模型,得到了螺栓的弯矩和撬力计算式,可为钢结构梁柱高强螺栓连接节点设计提供参考。     

直线旋转加转换层的输电桁架塔结构力学性能研究

为探究直线旋转加转换层的输电桁架塔结构的整体受力性能,对该结构足尺转换层节点进行了有限元分析,模拟4种不利荷载工况作用下结构的受力与变形响应,从而得到结构各构件的受力情况及传力特点。通过ABAQUS软件得到了各种荷载组合工况下旋转塔各杆件的受力性能及特点、杆件与杆件之间的传力关系以及节点构造的合理性,研究了旋转塔的各种受力性能及变形响应,分析了结构的极限承载力。研究表明,输电桁架塔的整体受力性能良好,旋转塔的刚度、强度和稳定性满足要求,达到安全可靠运行的目的。     

宽翼缘弦杆和方(矩)形管腹杆桁架节点设计

方、矩形管桁架弦杆和腹杆大都采用方、矩形管的形式,但当桁架跨度和其上作用的荷载较大时,弦杆受力将较大,当没有合适的方(矩)形管时,在设计中可以采用宽翼缘弦杆和方(矩)形管腹杆组合的桁架形式。通过工程实例介绍了此类桁架节点设计方法,可供设计人员参考。     

高铁虹桥站钢桁架-钢管混凝土柱节点性能试验研究

最近建设完成的京沪高速铁路上海虹桥站结构中,有一种钢桁架-钢管混凝土柱焊缝连接的新型节点,该节点构造和受力性能极其复杂。本文对该节点进行了1∶4缩尺模型承载力试验研究,介绍了如何实施对该复杂节点加载的试验方法,讨论了节点的受力性能、薄弱环节和破坏模式。试验表明该节点构造设计有效,具有足够的承载力,可达到设计荷载的3倍,并具有良好的塑性变形能力。但是,节点也显示出薄弱坏节,表现为在钢桁架受拉斜腹杆翼缘与节点环板竖向加劲肋的焊接部位出现开裂现象。建议适当增大受拉斜腹杆端部的翼缘弯折曲率半径,平缓腹杆向竖向加劲肋的传力,可使节点性能得到进一步完善。     

KT形RHS加强节点承载力试验研究与数值分析

结合呼和浩特火车东站站房钢结构工程,针对其高频度使用的矩管KT形RHS节点,从受力、工艺和经济性出发,综合阐述了节点局部构造加强方式的工艺力学性能差异。采用模型试验和数值计算结合的方法,分析弦杆外套和弦杆内加劲两种强化方式的静力力学行为差异,数值分析采用引入Low-Speed Dynamics Damping Factor的非线性N-R方法,考虑材料屈服与破裂失效,基于Adina的隐式算法模拟模型的显式破坏特征。对节点进行抽象简化处理,综合考虑工艺力学性能,设计3组不同构造的KT形RHS节点,进行1∶2缩尺比例静力加载试验。分析两种强化方式对其质量控制、承载能力、破坏形态的影响,并与无任何加强措施的构件结构进行对比,结果表明,套管强化方式能够明显提高节点的承载能力和刚度,工艺性较好,可结合实际工程条件,提供节点强化设计参考。     

K形方管加强节点的承载力研究

通过有限元软件ANSYS对K形方管相贯焊接加强节点轴力和弯矩作用下的极限承载力进行了数值模拟研究,采用的加强方式为主管壁加厚、在主管内部设置横向和纵向加劲肋。研究结果表明三种加强方式对于K形方管节点的单项承载力都有不同程度的提高作用,且提高幅度与几何参数有关。     

Finite element simulation of new RHS column-to-I beam connections for avoiding tensile fracture

Many beam-to-column connections, consisting of rectangular hollow section (RHS) columns and wide flange I-beam connections, sustain brittle fracture of welded connections at the beam ends during a large earthquake. These fractures most frequently occur in regions around the beam bottom flange groove welds. A series of tests was conducted on an improved RHS column-to-I beam connection. The aim of the tests was to find possible solutions for avoiding premature occurrences of brittle fracture in RHS column-to-I beam connections. Research results show that the improved connection does not fail by fracture as observed in the conventional connections and has a larger energy dissipation capacity than the conventional types. This paper describes the finite element modeling method employed to analyze the new RHS column-to-I beam connection. The ABAQUS finite element package is used to simulate the experimental behavior, and three highly detailed 3D finite element models are created. These are complex models accounting for material nonlinearity, large deformation and contact behavior. The connection models have been analyzed through the elastic and plastic ranges up to failure. Comparisons with experimental data show that the models have high levels of accuracy.     

Nonlinear analysis of concrete-filled steel SHS and RHS columns

This paper presents an accurate nonlinear finite element model for the behaviour and design of axially loaded concrete-filled square hollow section (SHS) and rectangular hollow section (RHS) steel tube columns. The nonlinear material models for confined concrete and steel tubes were carefully modeled in the finite element analysis. The column strengths and load-axial shortening curves were evaluated. The results obtained from the finite element analysis were verified against experimental results. An extensive parametric study was conducted to investigate the effects of different concrete strengths and cross-section geometries on the strength and behaviour of concrete-filled SHS and RHS steel tube columns. The study was conducted over a wide range of concrete cube strengths ranged from 30 to 110 MPa. The overall depth of the steel tube-to-plate thickness ratio ranged from 10 to 40 covering compact SHS and RHS steel tube sections. The column strengths predicted from the finite element analysis were compared with the design strengths calculated using the American, Australian and European specifications. Based on the results obtained from the parametric study, it is found that the design strengths calculated using the American Specifications and Australian Standards are conservative, while the design strengths calculated using the European Code are accurate, except for the concrete-filled RHS compact steel tube columns having the overall depth of the steel tube-to-plate thickness ratio of 40.     

矩形钢管混凝土框架结构受力性能试验研究

以两榀单跨两层全矩形钢管混凝土框架结构为研究对象,通过拟静力试验,考虑柱截面含钢率的影响,研究分析了全矩形钢管混凝土结构在反复低周荷载作用下的破坏特征,承载能力,滞回曲线,变形能力,耗能能力以及强度、刚度退化性能;并分析了柱截面含钢率对结构受力性能及抗震性能的影响规律;同时将结构的各特征指标与钢筋混凝土框架结构和钢结构框架的对应特征指标进行对比分析。结果表明:在低周反复荷载作用下,矩形钢管混凝土框架结构承载力高,滞回曲线饱满,延性系数为5.56～6.80,有较好的变形能力和稳定的后期承载力,呈梁铰破坏机构,可初步判断该种结构具有良好的受力性能和较高的抗震能力;并且在同等条件下,钢管混凝土框架结构的受力性能和抗震性能明显优于钢筋混凝土框架和钢框架结构,有进一步研究的价值。     

大跨度梁式转换层结构内力数值分析

型钢混凝土转换梁和预应力混凝土转换梁都可以解决转换梁截面尺寸过大的问题,但是目前对两种结构的受力性能研究还不够。文中以某教学楼为工程背景,利用SAP2000软件对钢筋混凝土梁式转换层结构、型钢混凝土梁式转换层结构和预应力混凝土梁式转换层结构进行Pushover分析,将三个模型的计算结果进行比较,选择出合适于本结构的转换层结构形式并提出该种结构的设计建议。     

T形方管相贯焊接加强节点的极限承载力研究

通过有限元软件ANSYS对T形方管相贯焊接加强节点轴力和弯矩作用下的极限承载力进行了数值模拟研究,采用的加强方式为主管壁加厚、在主管内部设置横向和纵向加劲肋.研究结果表明三种加强方式对于T形节点的单项承载力都有不同程度的提高作用,且提高幅度与几何参数有关.     

A simplified FE simulation of welded I beam-to-RHS column joints

This paper presents a study of the validity of different finite element models that can be used to simulate the welds at beam-column joints involving rectangular hollow sections (RHS). By comparing with actual test results several finite element models that include shell and solid element types and the presence or not of the welds, it is possible to extract some interesting conclusions about which is the simplest and most appropriate simulation mode to faithfully represent the behavior of these connections. Research in this field will guide and help further work to better knowledge of the behavior in terms of strength and stiffness of the semi-rigid joints involving welded rectangular hollow section as columns to be able to propose an extension of the component method to these kind of joints.     

Zum Trag‐ und Verformungsverhalten von Stützen‐Decke‐Knoten aus Stahlbeton

Load‐bearing and deformation Behaviour of reinforced concrete Column‐slab Joints The load bearing and deformation capacity of reinforced concrete beam‐column joints was investigated at the Technical University of Kaiserslautern. Experimental work was carried out in the laboratory on test specimens concipated especially for this purpose. Afterwards the experiments were calculated using the finite element method and a theoretical study taking the most influential parameters into account was conducted. The results were used to establish a simplified engineering model.     

K型、KK型间隙方钢管节点静力工作性能的试验研究

为研究多平面直接焊接方钢管节点性能,本文对6个K型和8个KK型直接焊接方钢管节点进行了静力试验研究。通过对节点破坏模式和极限承载力的分析,研究了几何参数(β、g)、支杆作用位置和空间作用对节点极限承载力的影响。采用ANSYS程序中四节点板壳单元对试验节点进行了弹塑性、大挠度有限元分析。将试验数据、CIDECT公式计算结果及有限元计算结果进行了比较。研究结果表明,采用ANSYS分析方钢管节点是可行的。空间作用对KK型方钢管节点承载力有明显的影响,支杆偏离弦杆纵向轴线作用使节点承载力有一定程度的提高。     

K型圆管相贯节点的滞回性能分析及试验

节点作为空间结构最重要的组成部分,其在反复荷载作用下的荷载—变形曲线（滞回曲线）是对其延性、耗能能力、强度、刚度等力学性能的综合反映。对K型搭接相贯节点内隐藏焊缝焊与不焊两种模型在弦杆轴向往复荷载作用下进行试验研究和有限元模拟计算,对比分析得到节点试件的破坏模式和滞回曲线,同时有限元模拟分析所得结果和试验所得结果较为吻合。结果表明：隐藏焊缝焊接节点破坏时是局部的,最终是搭接管在焊缝处被拉断;不焊节点的破坏模式是焊缝整体破坏,隐藏焊缝不焊对节点承载力的影响不能忽视。通过有限元模拟分析来代替相贯节点滞回性能试验是可行的。