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形管板节点板稳定承载力研究

《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)附录F中介绍了桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定计算,假定受压区节点板分成三个区同时受压,把各个区当成轴心受压构件分别计算其稳定性,但只考虑了腹杆轴力的影响,没有考虑腹杆弯矩的影响。实际上,腹杆弯矩的存在会导致三个区中边上的两个区分别承受压应力和拉应力。因此,在对平面K形管板节点的节点板稳定承载力进行分析时,考虑了腹杆轴力与弯矩的共同作用,并假定受压区节点板分成三个区同时承受外力,把受压区当成轴心受压构件计算其稳定性,提出了平面K形管板节点在斜腹杆压力作用下节点板的稳定承载力计算公式。最后,与按照小挠度理论推导的稳定承载力计算公式进行了对比,得到《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中节点板稳定承载力的结果偏于安全的结论。     

环口板加固T型圆钢管节点的应力集中系数

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象.局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏.在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅（S-N曲线方法）确定其疲劳寿命.在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围...     

K形管板节点受弯承载力试验研究与有限元分析

为研究K形管板节点的受弯承载性能,对其进行静力试验和有限元分析。完成了5组K形管板节点足尺模型静力试验,以主管直径与主管壁厚为主要变化参数,分析参数变化时节点试件在受载过程中的响应及承载力。建立K形管板节点有限元分析模型,研究主管直径、主管壁厚和节点板长度等主要参数对节点受力性能的影响。试验和有限元分析结果表明,K形管板节点的受弯承载力随着主管直径的增大而减小、随着主管壁厚的增加而增大、随着节点板长度的增长而增大。在试验和理论分析基础上,通过数值回归方法提出了管板节点受弯承载力计算式,并验证了其适用性。     

苏州国际博览中心屋盖结构分析和并联K形圆钢管相贯节点研究

本文介绍了苏州国际博览中心大跨变高度立体管桁架屋盖结构整体性能分析和并联K形圆钢管相贯节点的大比例试验及非线性有限元分析。分析表明以下弦双钢管为特征的倒梯形立体管桁架的动力特性非常理想;将部分支座改为可滑移支座能有效减小大面积屋盖的温度内力,同时也有利于减小结构的地震反应;考虑大跨结构P-δ效应,对桁架上下弦杆的影响较明显,对腹杆的影响相当小。并联K形圆钢管相贯节点试验和有限元分析结果表明这种节点在正常使用状态下带一定范围塑性区工作是安全的,且具有较高承载能力和较好的延性;其破坏模式不同于平面K形节点,连系支管能起到有效的约束作用并影响到主管壁上的应力分布和发展。研究成果为这种规范尚未涵盖的空间相贯节点的设计提供了可靠依据。     

L形包角环口板加强方钢管T形节点轴向滞回性能研究

为研究L形包角环口板加强方钢管T形节点（LCPT）轴向滞回性能,对一组包角环口板加强T形节点进行轴向往复加载试验,并与未加强（URT）和覆板加强节点（DPT）进行对比。结果表明：包角环口板加强节点的轴向滞回性能较优,LCPT试件比URT试件的最大荷载可提高103.2%;LCPT试件比DPT试件的累积耗能能力更好,且LCPT试件比DPT试件的拉压对等性更好。进一步对包角环口板尺寸和屈服强度进行有限元参数分析,结果表明：包角环口板厚度是影响LCPT节点轴向滞回性能的关键几何参数,提高包角环口板屈服强度可提高节点承载力,但对节点耗能能力几乎无影响。最后,对比覆板、环口板、包角环口板三种方钢管加强节点的承载和耗能机理,包角环口板加强节点的轴向滞回性能更优。     

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。     

垫板加强N形圆钢管相贯节点静力性能试验研究

为研究加强垫板对承受支管轴力和主管轴力的N形圆钢管相贯节点静力性能的影响,对未加强节点和垫板加强节点试件进行了试验研究,并运用有限元方法对试验节点进行了非线性分析。比较试验与有限元分析得到的极限承载力结果和破坏模式,发现二者吻合较好。改变垫板各几何参数,对加强节点进行有限元分析。结果表明,加强垫板可以降低节点应力集中系数、减小局部变形、提高节点极限承载力;增大垫板长度和弧度对节点极限承载力的影响很小,而增大垫板厚度可有效提高节点极限承载力,但当垫板厚度增大到一定值时,再增加垫板厚度对节点极限承载力提高无益而对结构整体受力不利。     

开洞K形圆钢管相贯节点极限承载力研究

为研究开洞K形圆钢管相贯节点的极限承载力,探索开洞率对其节点承载力的影响规律,并给出在工程应用中合适开洞率设计建议。在圆柱开洞研究的基础上,采用大型通用软件ANSYS建立了K形节点模型,具体分析了开洞率为0%,25%,50%,75%的K形节点有限元模型轴心受力时的极限承载力情况。研究表明:在满足节点承载力不变的前提下,支管开洞率可达到0. 5。     

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。     

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。     

圆钢管混凝土K形相贯节点承载力计算模型研究

以圆钢管混凝土平面K形相贯节点试验数据为基础,以弦杆径厚比γ、腹杆与弦杆管径比β、壁厚比τ和夹角θ为研究参数,建立有限元参数分析模型,进行非线性有限元参数分析,得到该类型节点的典型破坏模式,并建立了节点的极限承载力计算模型.结果 表明:圆钢管混凝土K形相贯节点典型破坏模式是腹杆失效和弦杆冲剪破坏,控制指标是腹杆与弦杆的...     

主方支圆钢管结构加强型K节点承载力研究

为了确保钢管结构的安全可靠,有必要对钢管相贯节点进行加强,主要对主管上加套管的方法进行了分析,当节点加强套管的厚度尺寸是定值时,建议主管长度是加强套管长度的2倍,当加强套管的长度为定值时,建议主管厚度是加强套管的厚度的1.43倍。     

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.     

环口板加固T型圆钢管极限承载力的试验研究

为研究环口板的加固效果,对5个T型圆钢管试件支管处施加轴向压力,试验分析了加固、环口板加固及伤损再加固后钢管的极限承载力,试验结果表明:环口板可以有效的提高主支管节点处的刚度,提高试件的承载力,对于不同程度的伤损试件,环口板依然有着可观的加固效果。     

基于焊缝模拟的圆钢管K型、T型节点承载力分析

通过焊材材性试验得到焊材本构模型,分别建立不考虑焊缝模拟、焊缝采用壳单元模拟、焊缝采用实体单元模拟的圆钢管K型及T型节点有限元分析模型,进行节点的有限元分析,并与已有文献试验结果进行对比分析。结果表明:采用实体单元模拟焊缝,节点破坏模式和承载力更接近试验结果,均是支管局部破坏和主管管壁破坏。将焊材和母材材性区别考虑进行焊缝模拟得到的节点承载力值更接近试验值。同时,区别焊材与母材材性建立的有限元模型分析表明:K型搭接节点隐藏焊缝焊接以及隐藏焊缝不焊接时贯通支管受拉将影响节点破坏模式。采用上述分析得到的最优有限元分析模型进行K型搭接节点参数分析,并拟合得出考虑节点参数影响的4类搭接节点承载力计算式,通过试验值校验后发现吻合程度良好。     

N形主方支圆钢管间隙节点受力性能研究

为研究N形主方支圆钢管间隙节点的静力性能及其与搭接节点受力性能的关系,对2个N形主方支圆钢管间隙节点和2个对应的搭接节点进行了节点承载力试验研究。试验表明：间隙节点的承载力低于相同管径的搭接节点,4个节点的主管均出现了明显的塑性变形,支管较小的2个节点其支管也发生了局部屈曲,试件破坏时间隙节点的主管壁相对变形比相应的搭接节点要大。以试验为基础,建立了N形主方支圆钢管间隙节点的有限元分析模型,对不同支管直径与主管宽度比、主管宽度与壁厚比、支管与主管的壁厚比、主管轴力及支管间隙的节点进行了有限元分析。研究表明：支管全截面屈服破坏(BMF)、主管壁局部塑性破坏(CP)和支管局部屈曲与主管壁局部塑性破坏的联合破坏(BLB+CP)是N形主方支圆钢管间隙节点的主要破坏模式;支管直径与主管宽度比、主管宽度与壁厚比、支管与主管的壁厚比、主管轴力对N形主方支圆钢管间隙节点承载力的影响与对搭接节点的影响具有类似的规律;支管间隙大小对N形主方支圆钢管间隙节点承载力的影响不容忽视。利用线性回归方法,在GB 50017—2017《钢结构设计标准》现有承载力计算公式基础上,拟合出了考虑相关影响因素的承载力修正计算...     

平面K形圆主管方支管节点承载力试验研究与有限元分析

对平面K形圆主管方支管节点的承载力进行试验研究,进行了5个空钢管节点和1个主管内灌混凝土节点的静力单调加载试验。介绍了节点试验方案,考察了节点的受力性能、破坏模式和承载力,给出了试件支管的变形曲线以及折算应变曲线,并对支管壁厚、主管内浇灌混凝土对节点承载力、刚度和延性的影响进行了分析。试验结果表明：现行国内外规范中圆钢管和方钢管节点承载力计算值明显低于试验值,已有的计算公式都不能准确计算圆主管方支管节点的承载力;增加支管壁厚改变了节点的破坏模式并明显提高了节点承载力和延性;主管内灌混凝土虽提高了承载力和初始刚度但延性并没有得到显著提高;圆主管方支管节点区域的变形主要源于受拉支管的局部变形。在节点破坏模式、变形曲线、承载力和塑性发展等方面将有限元计算值与试验结果进行比较,结果吻合良好,可以作为进一步分析的基础。     

圆钢管混凝土X型节点轴压承载力研究

采用ABAQUS分析软件对圆钢管混凝土X型节点进行轴压荷载作用下的非线性分析,依据轴压荷载作用下节点各组成部分的应力分布情况及圆钢管混凝土节点承载力随相贯角度、宽厚比、竖向连接板厚度、衬板厚度、混凝土强度等控制参数的变化曲线,提出了节点承载力的计算式模式,通过拟合得出最终的节点承载力计算式。研究表明:相贯角度、宽厚比、混凝土强度对其承载力影响较大,竖向连接板的厚度、衬板厚度对其承载力影响相对较小;所提出的节点承载力计算式精确度较高且偏为安全,可用于工程实际中构件承载力的计算。     

空间XK型圆钢管相贯节点极限承载力非线性有限元分析

应用材料非线性和几何非线性有限元法对空间XK型节点圆管相贯节点进行了数值计算,分析了节点在荷载作用下应力的发展、变化过程及节点变形,并将分析结果与相关试验结果进行了比较,在此基础上得出一些有价值的结论。