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。     

不同焊接方式下钢管桁架KK型搭接节点有限元分析

KK型圆钢管搭接节点,搭接处隐藏焊缝焊接与否的问题,现行钢结构设计规范(GB50017-2003)未作明确要求.本文利用ANSYS非线性有限元法,分析了搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下,搭接节点的支主管管径比β、径厚比γ、支主管厚度比τ对节点极限承载力的影响.同时分析了在低周往复荷载作用下,搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种焊接方式下的滞回性能,并给出了滞回曲线.搭接节点不论对角支管相贯通还是一侧支管贯通,隐藏焊缝焊与不焊对节点最终破坏模式影响不大,对节点承载能力的影响也不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点滞回性能优于隐藏焊缝焊接节点.实际工程中隐藏焊缝可以不焊接.     

平面K型相贯节点不同焊接方式的有限元分析

利用ANSYS非线性有限元法，分析了K型相贯节点在支管不同受力情况下隐藏焊缝焊与不焊对节点力学性能的影响，总结了K型搭接节点隐藏焊缝焊接与否的破坏模式和极限承载力随主支管夹角的变化规律，以供工程设计人员参考。     

中空夹层钢管混凝土-钢管K形搭接节点抗震性能试验研究

主管为中空夹层钢管混凝土，支管为空钢管的K形搭接节点，按主圆支圆和主方支圆两种形式加工制作了4个节点，对节点两个支管通过同步往复加载，研究主管通过夹层混凝土加强的K形节点破坏模式、承载力、耗能性能等。分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数、能量耗散系数等抗震性能指标。结果表明：未加强节点的破坏模式为主管表面塑性破坏，主管夹层灌混凝土的加强节点为支管拉裂破坏；主管夹层灌混凝土提高了节点的刚度和承载力，对于方管尤为显著，但对节点的延性影响不大；相比主圆支圆的未加强试件，夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了43.7%和52.1%，节点累积耗能分别提高了57.6%和64.0%；相比主方支圆未加强试件，夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了66.7%和64.7%，节点累积耗能分别提高了39.8%和21.7%，但主管夹层灌普通混凝土和灌粉煤灰混凝土对节点的加强效果区别不大。利用ANSYS软件对试验试件进行有限元分析，分析结果与试验结果吻合良好，并选用主管空心率、支主管直径比及支管径厚比进行参数分析。分析表明：随主管空心率的增大，节点耗能能力和承载力有所减小；随支主管直径比的增大，节点滞回曲线趋于饱满，耗能能力和承载力提高；随支管径厚比的增加，节点的滞回曲线的饱满度降低，节点承载力和耗能能力均呈下降趋势。     

主管夹层灌混凝土的K型搭接节点滞回耗能分析

为了探究主管夹层灌混凝土加强措施对圆钢管K型搭接节点滞回性能的影响,对1个主管夹层灌混凝土的K型搭接节点试件和1个未加强K型搭接节点试件进行低周往复拟静力试验,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数和能量耗散系数等抗震性能指标,试验结果表明:主管夹层灌混凝土,可有效提高节点的承载力、强度储备和耗能能力,但对节点的延性影响不大。利用ANSYS软件建立节点数值分析模型,模拟结果与试验结果吻合较好,并针对内套管钢材等级、主管钢材等级及混凝土等级开展有限元参数分析。分析结果表明:内套管钢材等级的增加不利于节点的滞回耗能,当采用Q235B时节点的滞回性能最好;当主管钢材等级为Q345B时,节点的各项性能均表现良好,滞回耗能能力最优;而混凝土等级对节点滞回性能影响较小,分析结果可为该类节点的优化设计提供一些参考。     

方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接的内隔板式节点的抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁连接的内隔板式节点的抗震性能,本文对3个节点试件进行了低周反复荷载试验,在此基础上对节点的受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、变形恢复能力、延性、刚度退化和耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。试验结果表明:内隔板式节点能够有效地传递梁端弯矩及剪力,其滞回曲线呈明显的梭形,单周耗能能力较强;节点在梁端塑性铰破坏模式下具有较好的承载力、耗能性能及滞回特征,而在剪切破坏及局部焊接破坏模式下则延性较低,抗震性能相对较差;节点在整个加载过程中刚度退化明显,持续均匀,同时表现出一定的变形恢复能力;楼板组合作用对于节点的抗震性能具有一定程度的影响。     

N形方主管圆支管相贯节点受力性能试验研究

对10个N形方主管圆支管相贯节点进行了静力性能试验研究。试验节点包括6个内隐蔽部分不焊接的搭接节点、2个内隐蔽部分焊接的搭接节点和2个零间隙节点。分析了节点的受力性能、破坏模式和承载力,并对内隐蔽部分焊接情况、支管轴力性质、节点两侧主管轴压力、支管搭接情况等对节点承载力的影响进行了研究。结果表明：内隐蔽部分焊接与否对被搭接支管受拉的节点承载力影响较大,焊缝断裂是内隐蔽部分未焊接节点常见的破坏模式;在试验几何参数条件下的内隐蔽部分未焊接搭接节点在被搭接支管受压情况下的节点承载力较被搭接支管受拉时大很多;节点两侧主管均有轴压力时的搭接节点承载力较仅一侧主管有轴压力时要小;被搭接支管受拉的搭接节点承载力远远高于相应的零间隙节点。研究表明：国内外现行规范中的N形方主管圆支管搭接节点承载力计算公式对发生主管局部屈曲破坏模式的情况并不适用,而且公式也未考虑内隐蔽部分焊接与否、支管轴力性质和主管轴力等因素的影响,还有待完善。     

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。     

新型配式混凝土楼盖π式板缝连接节点抗剪性能研究

为研究新型全装配混凝土楼盖π式板缝节点的平面内抗剪性能,进行了π式板缝节点单调和低周反复荷载下的足尺试验,对π式板缝节点的破坏过程及形态、荷载-变形曲线和耗能能力等进行了系统研究。结果表明:两种荷载模式下,π式板缝连接节点均发生了锚筋与锚板间的焊缝破坏,抗剪承载力较低;节点滞回曲线捏拢现象较为严重、耗能能力和抗震性能较差;建议采用穿孔塞焊等方法来保证π式连接件锚筋与锚板T形焊的焊接质量,提高其抗剪能力。     

高强方钢管轻骨料混凝土搭接K型节点试验北大核心CSCD

为考察支主管内浇灌轻骨料混凝土和支管搭接率(支管偏心率)对高强方钢管搭接K型节点受力性能的影响,对灌浆节点和空心节点进行了主管轴压静力加载试验,获得了搭接K型节点的破坏模式、承载力、节点区应变分布及演化.试验结果表明:支管搭接焊缝开裂是灌浆节点的典型破坏模式,空心节点的破坏模式为主管壁受压屈曲和支管搭接焊缝开裂;在支主管内浇灌轻骨料混凝土显著提高了搭接K型节点的承载力,灌浆节点的承载力较空心节点提高55.5%~80.5%;支管搭接率过大或过小均会降低搭接K型节点承载力.     

平面K型圆钢管搭接节点有限元参数分析与极限承载力计算公式

以平面K型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,从节点极限承载力、变形过程和破坏模式等方面对搭接节点的非线性有限元建模方法进行了校验。重点考察了贯通腹杆受压且内隐蔽部分焊接的搭接节点的应力分布、塑性区扩展和破坏模式,以及几何参数、腹杆搭接顺序变化、内隐蔽部分焊接与否对各类搭接节点性能的影响。有限元参数分析结果表明,腹弦杆壁厚比的变化对搭接节点的破坏模式和承载性能影响较大;内隐蔽部分未焊接对贯通腹杆受压的节点极限承载力影响很小,但对贯通腹杆受拉的节点极限承载力影响很大。最后,在零间隙节点承载力计算公式的基础上,应用多元线性回归方法拟合出搭接节点的极限承载力计算公式;该公式与试验结果吻合良好,且具有较好的适用性。     

Parametric analysis and design equation of ultimate capacity for unstiffened overlapped CHS K-joints

A finite element model simulating an experiment on unstiffened, overlapped circular hollow structure (CHS) K-joints was generated and validated by comparing the ultimate capacities, deformation processes and failure modes of the experimental results. Using this model, the stress distribution, propagation of plasticity and the failure modes of overlapped joints with through-brace-in-compression and welded hidden seams were analyzed. The effect of geometric parameters, with or without hidden welds, and the loading hierarchy reversal of braces on the ultimate capacity of the joints were also studied. The results of finite element parametric analysis indicate that the brace-to-chord thickness ratio has relatively large effects on the failure mechanism and ultimate capacity of overlapped joints. It was also found that the absence of hidden welds has less significance on the ultimate capacity of through-brace-in-compression joints than through-brace-in tension joints. Finally, based on the design equation of gap joints, a formula predicting the ultimate capacity of overlapped CHS K-joints was derived by applying multivariate regression analysis. Results from the proposed design equation are consistent with experimental results.     

平面K型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究

对平面K型圆钢管搭接节点的静力性能进行了静力单调加载的试验研究。实施了7个内隐蔽部分不焊接节点和3个内隐蔽部分焊接节点的试验。本文介绍了节点试验方案,考察了搭接节点的受力性能和破坏模式,并对内隐蔽部分焊接与否、焊脚尺寸、节点处集中荷载幅值以及腹杆搭接顺序对节点极限承载力的影响进行了讨论。试验研究结果表明,贯通腹杆受压时内隐蔽部分焊接与否虽然对节点的破坏模式和应力分布有一定的影响,但是对节点极限承载力影响较小;当腹杆与弦杆的壁厚相对值变小后,由于传力不均匀导致的腹杆局部破坏将成为主要破坏模式,而这一因素和所导致的承载力降低在既有的规范公式中尚未有相应的反映。     

Parametric analysis and design equation of ultimate capacity for unstiffened overlapped CHS K-joints

A finite element model simulating an experiment on unstiffened, overlapped circular hollow structure (CHS) K-joints was generated and validated by comparing the ultimate capacities, deformation processes and failure modes of the experimental results. Using this model, the stress distribution, propagation of plasticity and the failure modes of overlapped joints with through-brace-in-compression and welded hidden seams were analyzed. The effect of geometric parameters, with or without hidden welds, and the loading hierarchy reversal of braces on the ultimate capacity of the joints were also studied. The results of finite element parametric analysis indicate that the brace-to-chord thickness ratio has relatively large effects on the failure mechanism and ultimate capacity of overlapped joints. It was also found that the absence of hidden welds has less significance on the ultimate capacity of through-brace-in-compression joints than through-brace-in tension joints. Finally, based on the design equation of gap joints, a formula predicting the ultimate capacity of overlapped CHS K-joints was derived by applying multivariate regression analysis. Results from the proposed design equation are consistent with experimental results. __________ Translated from Journal of Building Structures, 2006, 27(4): 30–36 [译自: 建筑结构学报]     

平面KT型圆钢管搭接节点有限元参数分析与承载力计算

以平面KT型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,从节点破坏模式、变形过程和承载力等方面对节点的非线性有限元建模方法进行校验。研究揭示了贯通直腹杆受压搭接节点的破坏过程和塑性区扩展情况,重点考察了贯通直腹杆受压且内隐蔽部分焊接的搭接节点几何参数和内隐蔽部分焊接与否对节点承载力的影响。有限元参数分析结果表明：腹、弦杆直径比和弦杆径厚比的变化对搭接节点的承载力影响较大,而腹、弦杆壁厚比和搭接率影响较小;内隐蔽部分未焊接明显降低贯通直腹杆受压的搭接节点承载力;KT型圆钢管搭接节点承载力均大于相应的KT型和N型零间隙节点承载力。最后,在N型零间隙节点承载力计算公式的基础上,应用多元线性回归方法拟合出平面KT型圆钢管搭接节点的承载力计算式;该计算式与试验结果吻合良好,且具有较好的连续性和适用性。     

N形方主管圆支管搭接节点有限元分析与承载力计算

基于N形方主管圆支管搭接节点的试验,从节点破坏模式、变形过程和承载力等方面对N形方主管圆支管搭接节点的非线性有限元模型进行了校验。采用验证的有限元分析模型,分析了被搭接支管受拉且内隐蔽部分焊接的搭接节点的应力分布、塑性区扩展和破坏模式,以及几何参数、内隐蔽部分焊接与否、支管轴力性质、主管轴力等因素对节点性能的影响。分析结果表明：支主管径宽比、主管宽厚比、支主管壁厚比是影响N形方主管圆支管搭接节点破坏模式和承载性能的主要因素;内隐蔽部分未焊接对被搭接支管受压的节点承载力影响较小,但对被搭接支管受拉的节点承载力影响较大;支管轴力性质、主管轴压力对N形方主管圆支管搭接节点承载力的影响不可忽视。应用多元线性回归方法,在GB 50017-2003《钢结构设计规范》现有承载力计算公式基础上,拟合出了考虑相关影响系数的修正计算式;按修正计算式计算得到的承载力与试验结果吻合良好,且具有较好的适用性。     

并联K形相贯搭接节点的试验研究和有限元分析

介绍了5个并联K形相贯搭接节点的试验情况,比较了试验和有限元分析的结果。以有限元分析软件为平台,研究了间隙率(搭接率)对K形节点破坏模式和极限承载力的影响,比较了并联K形和平面K形节点的受力性能,得到一些有益的结论。     

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。