火灾下焊接空心球节点的温度场分析

基于火灾高温下网格结构的应力特征和火灾性能,按照EuroCode 3和国际标准升温曲线(ISO834 ),对焊接空心球节点火灾高温下的性能进行了非线性有限元数值模拟.研究了焊接空心球节点火灾高温下温度场的分布规律和影响因素.研究结果表明,通过降低焊接空心球节点实际承受的荷载比和外焊钢管的厚度可以有效延长其极限耐火时间,并且焊接空心球节点在受拉时的极限耐火时间比受压时的长.     

受压加肋焊接空心球节点抗火试验研究

为研究火灾下受压加肋焊接空心球节点的性能,对2个足尺节点进行受火试验。通过试验得到了加肋焊接空心球节点在标准火灾下的节点表面温度场、不同荷载下节点的耐火时间、破坏形式以及位移特征。根据欧洲规范,建立了三维加肋焊接空心球节点的有限元模型,分析了火灾下节点温度发展规律及位移特征。有限元分析结果与试验结果的对比验证了有限元分析的正确性。研究结果表明：升温过程中,加肋焊接空心球节点中远离加劲肋处的球壳温度最高,靠近加劲肋以及钢管连接处的球壳温度较低;火灾下受压加肋焊接空心球节点的破坏具有突然性,破坏发生在钢管与球节点的连接处;荷载比大的球节点耐火时间短。     

焊接空心球节点的拉压极限承载力分析

采用三维退化曲壳有限元对焊接空心球节点的极限承载力进行了计算。推导了其切线刚度矩阵和弹塑性矩阵,采用多线性等向强化模型和Von-Mises屈服准则,在对6组受拉节点和6组受压节点的试验结果进行了数值模拟的基础上,提出了适于有限元分析的强度破坏准则和极限准则;采用柱面弧长子增量技术,跟踪了节点在轴向荷载作用下的荷载-位移曲线。通过计算发现,焊接空心球节点在轴向受拉荷载作用下为强度破坏,而在轴向受压荷载作用下为弹塑性压曲破坏,两者均与钢材的设计强度有关。最后,在对32组受拉节点和32组受压节点承载力回归分析的基础上,提出了球外径适用范围为160～900mm的焊接空心球节点承载力计算公式。     

加肋焊接空心球节点高温下轴心受压性能分析

为研究高温对加肋焊接空心球节点受压承载能力的影响,采用数值模拟方法,对单向轴心受压的加肋焊接空心球节点在高温下的受压性能进行研究,分析焊接空心球节点在轴心受压荷载作用下的破坏模式,得到不同温度下焊接空心球的承载能力。分析结果表明:高温下焊接空心球节点的薄弱部分为钢管与球节点连接处;高温对加肋焊接空心球节点的承载能力有着很大影响,随着温度的升高,承载力逐渐降低,当温度超过400℃以后节点承载力下降迅速,尤其是在节点温度达到700℃时,节点的极限荷载只有常温下的20%左右;随着温度升高,球节点越来越早进入弹塑性阶段。不同厚度的加劲肋在不同温度下呈现不同的变形。     

受拉焊接空心球节点火灾高温下的性能分析

基于火灾高温下空间网格结构的性能,本文根据欧洲规范了中高温下的钢材特性和国际标准升温曲线(ISO834),对单轴受拉焊接空心球节点高温下的性能进行了数值模拟,分析了空心球的温度场分布规律和极限耐火时间的影响因素。通过分析高温下空心球的应力和位移变化特征,确定了其破坏模式;结果表明钢管根部和赤道处是其高温下受拉承载力的薄弱环节。     

大尺寸焊接空心球节点试验中极限承载力研究

工程实践中焊接空心球节点受压极限承载力的试验都是按照JGJ11-2009中的相关规定进行的,要求试验时需要适当增加钢管壁厚,但是对于需要加厚到什么程度,并没有明确的说明.有限元计算分析表明,按照JGJ11-2009要求设计的节点在加载时多是钢管先于空心球屈服而导致不能继续加载,空心球并未真正的破坏,所得的承载能力并非节点真实的极限承载能力.利用ANSYS有限元程序对外径800mm的5组131个空心球节点进行单向受压分析,得到了不同尺寸的钢管与空心球匹配关系下,球节点的破坏模式及相应的节点极限承载能力,并对外径800mm的空心球进行受压试验时钢管壁厚需要的增加量提出了参考值.     

方钢管混凝土柱-钢梁框架耐火性能分析

研究方钢管混凝土柱-钢梁框架结构的耐火性能。基于有限元方法,分析了GB/T 9978（同ISO-834）加热条件下,带有混凝土楼板的方钢管混凝土柱-钢梁单向螺栓连接框架结构的温度分布、耐火时间和破坏模式,并对有限元模拟结果进行了试验验证,在试验结果基础上采用有限元方法分析了方钢管混凝土柱构件与方钢管混凝土框架柱的耐火极限差异。研究结果表明：与方钢管混凝土框架柱的其他区域相比,方钢管混凝土框架柱节点区的温度相对较低;根据本文建议的框架结构判定准则,当单向螺栓节点连接可靠,随着作用在柱和梁上荷载水平的变化,柱破坏模式和梁破坏模式是方钢管混凝土柱-钢梁框架的主要破坏模式;当框架梁上不施加荷载,只对框架柱起到约束作用,其他条件相同时,方钢管混凝土框架柱的耐火极限大于两端铰接柱构件的耐火极限,但小于一端固接一端铰接支撑柱构件的耐火极限。     

高温下H型钢焊接空心球节点抗弯力学性能研究

采用有限元分析对H型钢焊接空心球节点高温下的抗弯性能进行研究,温度范围为20～800℃,模拟得到常温和高温下节点的弯矩-转角曲线。通过对球径、壁厚、H型钢高度、宽度、腹板和翼缘厚度的参数化分析,得到节点高温下塑性抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度的退化规律,提出承载力和初始刚度的计算公式。节点受纯弯荷载作用下,H型钢和球节点交界处应力迅速增长,塑性区域从交界处向周围扩展。破坏时,球节点发生屈曲破坏,翼缘和腹板较多区域均未达到极限强度。     

钢管贯通焊接球节点的有限元分析

网架(壳)结构中,当杆件的轴力较大、焊接空心球节点承载力不能满足设计要求时,采用钢管贯通焊接球来提高节点的承载力是目前最有效的措施之一。本文采用ANSYS有限元程序,弹塑性应力—应变关系和Von-Mises屈服准则,同时考虑几何非线性的影响,对钢管贯通焊接球节点的极限承载力进行了较为详细的计算分析。本文首先对六组空心球节点进行计算,并与试验结果进行对比来验证本文模型的正确性,进而研究钢管贯通焊接球在单向受力、平面受力和空间受力状态下节点的破坏模式和极限承载力,并比较了不同球壁厚钢管贯通焊接球节点的承载力。本文的分析结果对实际工程设计具有一定的指导意义。     

新型钢管混凝土柱-板节点受力性能非线性有限元分析

在试验研究的基础上,应用有限元程序ABAQUS,对节点区柱钢管不连通式钢管混凝土柱-平板节点在轴压、偏压作用下的荷载-位移曲线、裂缝开展、混凝土及钢筋应力、受压破坏面等展开分析,揭示了节点区的应力分布规律。结果表明,受压极限状态时,节点区的破坏面为连接上柱柱脚和下柱柱脚之间的区域;而节点区配置环向钢筋及下柱钢管插入节点区内的构造方式有利于改善节点区混凝土的应力状态,从而提高节点的受压承载力。结合试验研究提出了该节点的设计方法。     

Post-fire Behavior of Welded Hollow Spherical Joints Subjected to Eccentric Loads

Welded hollow spherical joints are widely used as a connection pattern in space lattice structures. Understanding the post-fire residual behavior of welded hollow spherical joints is crucial for fire damage assessment of the space lattice structures. However, the post-fire behavior of welded hollow spherical joints has not been explored in existing studies. In this paper, experimental and numerical studies were conducted to investigate the residual behavior of eccentrically loaded welded hollow spherical joints after fire exposure. Eccentric compressive tests were performed on five joint specimens after exposure to the ISO-834 standard fire (including both heating and cooling phases), and three highest fire temperatures, i.e., 600, 800, and 1000 °C, were considered. The temperature distributions in the specimens during the heating and cooling process and the related mechanical behavior of the specimens, such as load versus longitudinal displacement and rotation responses, load-bearing capacities, and strain distributions, were obtained and analyzed. Finite element analysis (FEA), including both heat transfer and mechanical analysis, were also developed using the ABAQUS software. Having validated the FE models against the experimental results, a design method was proposed on the basis of parametric studies to predict the residual load-bearing capacity of eccentrically loaded welded hollow spherical joints after fire exposure.     

Experimental and Numerical Study on Complex Multi-planar Welded Tubular Joints in Umbrella-Type Space Trusses with Long Overhangs

A test rig with multi-functional purposes was specifically designed and manufactured to study the behavior of multi-planar welded tubular joints subjected to multi-planar concurrent axial loading. An experimental investigation was conducted on full-scale welded tubular joints with each consisting of one chord and eight braces under monotonic loading conditions. Two pairs or four representative specimens (two specimens for each joint type) were tested, in which each pair was reinforced with two kinds of different internal stiffeners at the intersections between the chords using welded rectangular hollow steel sections (RHSSs) and the braces using rolled circular hollow steel sections (CHSSs) and welded RHSSs. The effects of different internal stiffeners at the chord–brace intersection on the load capacity of joints under concurrent multi-planar axial compression/tension are discussed. The test results of joint strengths, failure modes, and load–stress curves are presented. Finite element analyses were performed to verify the experimental results. The study results show that the two different joint types with the internal stiffeners at the chord–brace intersection under axial compression/tension significantly increase the corresponding ultimate strength to far exceed the usual design strength. The load carrying capacity of welded tubular joints decreases with a higher degree of the manufacturing imperfection in individual braces at the tubular joints. Furthermore, the interaction effect of the concurrent axial loading applied at the welded tubular joint on member stress is apparent.     

薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点抗震性能试验研究

以轴压比为主要考察参数,对4个1∶1足尺模型的薄壁方钢管混凝土柱-空心钢管梁加腋节点进行低周反复荷载试验。通过试验观察其受力过程和破坏形态,得到梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并分析节点的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:加腋板增强了节点域刚度,避免了焊接区域板件的脆性断裂,节点破坏由梁的局部屈曲引起,塑性铰形成于梁上并远离节点区域,柱和节点域基本完好,较好地满足了"强柱弱梁,节点更强"的抗震设计要求;试件的滞回曲线较饱满,延性系数为2.00~2.70;随着位移幅值的增加,试件的耗能能力不断提高,耗能性能良好;试件的极限承载力、延性及耗能能力等随轴压比增大无明显变化。     

高强度Q690钢柱耐火性能试验研究

为了获得高强度Q690钢柱的耐火性能，使用电炉对无防护足尺焊接H形Q690钢柱进行模拟ISO 834升温条件下耐火试验。测量得到不同荷载比下Q690钢柱温度、轴向位移、侧向位移与受火时间的关系，基于试验数据得到钢柱的临界温度和耐火极限。采用ABAQUS有限元软件建立钢柱耐火性能分析模型，考虑钢材高温蠕变和焊接残余应力的影响，模拟得到了钢柱的受火响应，其与试验结果吻合良好。利用验证的有限元模型分析了荷载比、长细比和升温速率对钢柱受力性能的影响。研究表明，无防护的Q690钢柱在受火20min左右发生破坏，破坏模式为整体失稳破坏；荷载比对临界温度影响较大，长细比和升温速率影响较小；Q690钢柱的临界温度比GB 51249—2017《建筑钢结构防火技术规范》和欧洲规范EN 1993-1-2的计算结果低60℃左右。最后提出了高强Q690钢柱抗火设计的简化方法。     

网架结构超大直径焊接空心球节点破坏机理分析及其承载能力的试验研究

本文首次对超大直径焊接空心球节点进行了系统的理论分析及试验研究。以弹塑性分析为基础,运用非线性有限元方法,揭示了超大直径焊接空心球节点表面的应力、应变及位移的分布规律;按冲剪模型理论建立了超大直径焊接空心球节点在受拉时的承载力计算公式;基于能量法原理建立了受压节点承载能力的理论表达式,得到了其极限载荷的上限理论解。同时本文还对6组超大直径焊接空心球受压节点进行了试验研究,试验结果与理论结果进行了比较,二者符合较好。     

Fire performance of axially restrained steel reinforcedconcrete columns

为了考察受轴向约束的型钢混凝土柱的耐火性能，以荷载比、偏心率和含钢率为参数，开展了7根轴向约束型钢混凝土柱的耐火试验。采用恒载升温模式，研究了火灾下受轴向约束的型钢混凝土柱的温度分布、位移、变形、耐火极限及破坏形态。试验结果表明：荷载比相同时，施加在轴心受压柱顶的竖向荷载大于偏心受压柱。对于轴心受压柱，高温下柱首先缓慢膨胀，然后逐渐压缩破坏；由于轴向约束分担了柱的竖向荷载，压缩变形随时间变化较为缓和，轴向约束延长了柱的耐火极限。对于偏心受压柱，高温下其膨胀变形大于轴心受压柱，且膨胀变形先增加再减小；轴向约束增加了柱的竖向荷载，缩短了柱的耐火极限。荷载比对轴向约束型钢混凝土柱耐火极限影响显著，荷载比越大，耐火极限越小。当荷载比不大于0.5时，偏心率越大，柱的耐火极限会相应增大。含钢率增加，会在一定程度上延长柱的耐火极限。