弦杆轴向压力作用下K型、KK型间隙方管节点静力工作性能的试验研究

对6个K型和7个KK型直接焊接方管节点进行了在弦杆轴向压力作用下的静力试验研究。通过对节点破坏模式和极限承载力的分析, 研究了支杆和弦杆宽度比、弦杆所受轴向压应力与弦杆屈服应力之比、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程序对试验节点进行了分析, 通过试验数据和有限元计算结果的比较, 证明采用ANSYS程序计算方管节点是可行的。     

空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点有限元参数分析与极限承载力计算公式

空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点以承载力高、搭接率小以及空间交汇杆件较少的优势应用于空间钢管桁架结构体系。本文采用ANSYS程序中8节点Solid45实体单元对平面和空间圆钢管搭接节点试件进行了非线性有限元分析。在破坏模式、变形过程以及节点极限承载力方面将有限元计算与已有试验结果进行比较,证明运用实体有限元分析法求解节点的极限承载力是一种有效的方法。有限元参数分析重点考察了几何参数和弦杆轴向应力对空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点极限承载力的影响。在现有钢结构设计规范的基础上,通过对数值结果的回归分析,得到了该类搭接节点的极限承载力计算公式。研究结果表明:未加劲KK型双弦杆节点的极限承载力略低于未加劲K型单弦杆节点极限承载力,内加劲KK型双弦杆节点的极限承载力明显低于内加劲K型节点极限承载力;内加劲板对平面K型圆钢管搭接节点极限承载力可以起到很好的提高作用,但对空间KK型节点极限承载力提高并不明显。     

K型、KK型搭接方管节点的试验研究

通过对12个搭接方管节点的静力试验, 研究了不同搭接率Ov、支弦杆宽度比β下的K型、KK型部分搭接方管节点的极限承载力、失效模式与破坏机理。节点的失效模式有受压支杆在靠近两支杆搭接区域的局部屈曲、弦杆壁面在拉杆根部以外区域的局部屈曲和受拉支杆沿两支杆搭接处的断裂。应用ANSYS程序对试件进行了弹塑性大挠度分析, 其计算结果与试验结果吻合良好, 验证了ANSYS程序用于节点静力性能分析的可行性。同时, 将试验结果与CIDECT公式计算结果进行了比较, 指出了公式中的不足之处和有待于进一步研究的问题。     

KK型间隙方管节点静力性能的研究

KK型间隙方管节点是由成一定角度的两个平面K型节点构成,目前相关规范并没有给出其承载力计算式。现有的研究主要集中在空间夹角为90°的节点,对空间夹角的变化这一参数研究较少;支杆横截面通常采用同一截面,而不考虑支杆的受力形式。首先通过和已有试验数据对比验证了有限元模型的准确性。然后对典型节点的破坏模式进行分析。最后通过方管节点空间夹角变化和在不改变拉支杆截面的前提下改变压支杆截面参数来研究节点的受力性能,并对节点的其他主要影响参数进行分析,得出各参数对节点的影响规律。     

KK型搭接方管节点极限承载力的非线性有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS对KK型搭接方管节点进行了弹塑性大挠度分析,研究了方管节点的极限承载力和塑性区扩展过程,揭示了节点的破坏机理和破坏模式,获得了节点的极限承载力和极限承载力随着节点几何参数的变化规律。2种荷载工况下节点性能的对比分析结果表明,绝大多数节点的极限承载力和几何参数对节点极限承载力的影响规律基本相同。通过多元线性回归,得出了体现主要几何参数影响的节点极限承载力计算公式,将回归公式与有限元计算结果进行了对比分析,验证了公式具有较好的精度,可供工程设计参考应用。     

T型方钢管节点不同加劲板布置方式对比分析

本文利用ANSYS有限元软件建立了T型方钢管节点模型,对该节点的两种加劲板布置方式进行了对比,得到了较好的布置方式,并在此基础上对该节点极限承载力进行分析,结果表明该节点极限承载力由正常使用极限状态控制。     

空间KK型钢管—板节点受力性能分析

针对特高压输电塔结构空间KK型钢管—板节点进行非线性有限元分析,考查了节点的破坏模式和极限承载力。重点分析了腹杆加载比例、几何参数和主管应力比等对空间KK型钢管—板节点极限承载力的影响。结果表明,腹杆加载比例为正时,节点极限承载力随其增大而显著降低;腹杆加载比例为负时,其对节点极限承载力的影响不大;主管应力比对节点极限承载力的影响随腹杆加载比例的变化而对节点的受力性能形成复合影响效应。在此基础上,通过对数值结果的回归分析,并综合考虑各种因素对节点极限承载力的影响,提出了该类节点的极限承载力计算公式。     

空间KK型相贯节点承载力与变形性能分析

KK型焊接钢管节点是空间相贯节点的一种加强型节点,适用于在同一根主管上同时焊接多根支管的工况.由于多根杆件汇集一点,使得节点受力复杂,易于应力集中,发生脆断.利用ANSYS对KK型节点与焊接空心球节点进行力学和变形性能对比分析表明:焊接钢管节点应力集中程度不明显,极限承载力较高;且极限荷载时,节点变形很小;较焊接空心球节点构造简单,且用钢量也有较大降低.     

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。     

K型钢管—板节点受力性能与承载力计算方法

钢管—板连接节点是钢管输电塔常用的节点型式,但目前对其受力性能的研究还不够深入,缺乏相应可供工程设计使用的计算分析方法。采用ANSYS程序建立了K型钢管—板连接节点的有限元模型,对Kim所进行的系列节点试验进行了模拟对比分析,验证了有限元模型的合理性;通过变参数分析考查了K型钢管—板节点受力性能和节点破坏模式,研究了几何参数、主管应力比、加劲构造等对节点极限承载力的影响规律。在此基础上,提出了考虑支管约束作用的K型钢管—板连接节点极限承载力的计算方法,并验证了其适用性。     

复合受力状态下矩形钢管相贯节点的承载力研究

国家游泳中心的矩形钢管相贯节点,除双平面的几何特性外,同时承受轴力以及不可忽视的双向弯矩。本文的目的就是解决此类节点在这种特殊受力状态下的强度校核问题。研究工作以矩形钢管相贯节点在单项受力状态下的计算公式为基础,利用大量的有限元计算结果,回归得出T、TT、K、KT等4种类型节点在复合受力状态下———节点同时承受轴力、平面内弯矩、平面外弯矩中的两项或三项时的承载力计算公式。根据计算结果,本文还讨论分析了各类型节点的失效形态。研究表明,节点校核公式和破坏形态与节点的受力状态及节点的几何因素有关,如轴力的大小、弦杆截面高度及壁厚等。     

单项受力状态下矩形钢管相贯节点的承载力研究

国家游泳中心采取了特殊的结构型式,使其矩形钢管相贯节点,除双平面的几何特性外,同时承受轴力和不可忽视的双向弯矩。本文的目的是研究不同型式的矩形钢管相贯节点在单项受力状态下———腹杆分别承受轴力、平面内弯矩、平面外弯矩时的承载力计算公式;节点型式主要包括T、TT、K、KT等4种单平面和多平面节点类型。以直角T型节点的单项承载力研究为基础,通过大量的有限元计算,并对计算结果进行回归分析得出节点承载力计算公式。本文还对各类节点的失效形态进行了分析。     

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。     

K型间隙方钢管桁架静力工作性能的有限元分析

为了研究直接焊接K型间隙方钢管平面桁架静力工作性能,对4榀直接焊接K型间隙方钢管桁架进行了非线性有限元分析。采用有限元分析软件ANSYS程序中的4节点板壳单元对桁架进行弹塑性、大挠度有限元分析;不仅跟踪了桁架荷载-位移曲线的全过程,而且分析了桁架节点部分的变形和塑性发展情况;建立了铰接桁架模型、刚接桁架模型、壳单元桁架模型及考虑焊缝的壳单元桁架模型4个桁架模型;比较了设计荷载作用下4个不同桁架模型的腹杆和弦杆的轴向力,以及标准荷载作用下这4个不同桁架模型的整体刚度。     

弦杆轴力作用下K型间隙方管节点静力性能的研究

利用非线性有限元分析方法对一支杆等宽 β2 ≤ 0 8的K型间隙方管节点进行了数值计算 ,揭示了此类节点在弦杆轴力作用下的节点极限承载力、变形、刚度等随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。     

Static and fatigue design of CHS-to-RHS welded connections using a branch conversion method

This paper evaluates the hypothesis that welded hollow section connections, which have circular hollow section (CHS) branch (or bracing or web) members welded to a rectangular hollow section (RHS) chord member, may be converted into “equivalent” connections whereby the circular branch member is replaced by a square branch member. Although this notion has existed for the static design of such connections, its implementation into design recommendations or specifications has never been checked against existing test data. This is performed herein, using a database of gapped and overlapped CHS-to-RHS N-connection tests undertaken by others, and the suitability of this procedure is examined for both existing and proposed new static design recommendations for RHS welded connections. For fatigue design, no design guidance exists for CHS-to-RHS welded connections. Thus, a database of welded CHS-to-RHS T-connection fatigue tests, undertaken by both the authors and others, under branch axial loading or branch in-plane bending, is used to evaluate the replacement of the circular branch with an equivalent square branch, in the context of contemporary fatigue design procedures. It is shown that, for the connection types examined, this substitution of a circular branch member by an equivalent square branch member is a valid operation, with an adequate level of safety, for both the static and fatigue design of such connections. This indicates that existing design rules for planar RHS-to-RHS welded connections can likely suffice for the unusual case of CHS-to-RHS welded connections.     

加强T形方管节点的极限承载力研究

国家游泳中心的方管相贯焊接节点,除承受轴力外,还同时承受不可忽视的双向弯矩。通过有限元软件ANSYS对加强T形方管节点在复合受力作用下的极限承载力进行了数值模拟分析,采用的加强方式为在主管内部设置横向和纵向加劲肋。研究结果表明,3种加强方式对于T形节点的极限承载力都有不同程度的提高,且提高幅度与几何参数有关。