覆板加强的方钢管T形节点轴向滞回性能试验研究

为研究采用覆板加强的冷弯方钢管T形节点的轴向滞回性能,对2组支管与主管的截面宽度比β分别为0.4和0.8的方钢管直接焊接节点和采用覆板加强的方钢管T形节点进行了轴向往复加载试验。详细介绍了试验节点的设计、试验过程及破坏形态,并对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能和延性等性能进行了分析。试验中,试验节点经历了主管屈服、初始开裂、裂纹闭合、裂缝扩展、裂缝贯通五个主要阶段,但各试件的开裂位置并不相同。加强覆板阻止了裂缝向主管管壁发展,有效避免了主管管壁的撕裂破坏,使开裂后支管的受压荷载继续上升,因而节点开裂后受拉能力较未加强节点的好。支管与主管截面宽度比越小,试件的耗能能力和延性越好。但覆板加强处理降低了试件的耗能能力,且支管与主管宽度比越小其耗能能力的降低越明显。受拉裂缝会降低试件的延性,故轴拉循环的延性较对应的轴压循环的差。在β=0.8时,覆板加强对试件的抗震延性有所改善,但β=0.4时加强节点试件的位移延性系数低于未加强节点。覆板加强节点在支管轴向往复荷载作用下的拉压不均衡问题应引起重视。     

新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点拟静力试验研究

以轴压比为主要变化参数,对两种类型共4个1∶1足尺模型的新型薄壁方钢管混凝土梁柱节点进行了拟静力试验。试验观察了试件的受力过程和破坏形态,得到了梁端荷载-位移滞回曲线和骨架曲线,并对比分析了试件的刚度退化、延性和耗能能力。结果表明:两种节点破坏均属于延性破坏,破坏时C型钢梁发生平面外屈曲,形成塑性铰,钢梁下翼缘、腹板与柱焊接处拉裂,钢管混凝土柱-空钢管梁节点还在空心钢管梁上出现塑性铰;随着轴压比的增大,空钢管柱-空钢管梁节点初始刚度变化不大,而钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度有所减小,两种节点的延性均明显降低,极限承载力也有所下降,其中钢管混凝土柱-空钢管梁节点下降幅度更大。至于钢管混凝土柱-空钢管梁节点刚度则明显大于空钢管柱-空钢管梁节点,且滞回曲线较饱满,在极限承载力、延性和耗能指标等方面均优于空钢管柱-空钢管梁节点。     

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。     

方钢管混凝土柱隔板贯通节点静力拉伸试验及有限元分析

对于方钢管混凝土柱隔板贯通节点,通过静力拉伸试验和非线性有限元模拟,考察隔板贯通节点的承力机制和破坏形式。结合荷载-位移曲线、试件承载力等数据结果对比,验证有限元模拟与静力拉伸试验结果的一致性。对于静力拉伸荷载作用下的隔板贯通节点,其破坏形式表现为钢梁破坏、焊缝破坏或节点域破坏;钢梁传来的拉伸荷载在节点域内主要依靠方钢管柱壁和隔板传递;方钢管柱壁的塑性区主要集中在柱壁与贯通隔板相交线处附近;贯通隔板的塑性区,主要集中在隔板浇筑孔中心与透气孔中心的连线、透气孔中心与方钢管柱壁角部的连线附近。     

负载下环口板焊接加固T形钢管相贯节点试验研究

负载下焊接加固将对大跨度建筑和钢桥的安全产生影响。为研究负载及焊接高温在加固过程及加固后对钢管节点的影响,完成4个焊接环口板加固T形圆钢管节点的轴压试验,实测了节点在负载焊接加固全过程的温度、位移及应变演化规律,分析焊接高温和负载对节点破坏模式、荷载-变形曲线、受压承载力等的影响。试验结果表明：主管负载受压会降低节点承载力,0.37的主管初始应力比可使节点受压承载力下降16%;焊接温度场具有局部高温和快速衰减的特征,其局部瞬时升温最高可达1 808℃,并在约3.1 cm×1.7 cm的椭圆形范围内衰减至600℃,钢材的局部软化效应不明显;负载不影响焊接温度场,焊接及冷却过程中的热胀冷缩则会影响节点的应变分布和残余变形;负载及焊接高温均未改变节点的破坏模式。基于试验结果,考察了现有规范负载折减系数对于负载下焊接加固钢管节点的适用性,结果表明,GB 51367—2014《钢结构加固设计标准》中规定的负载承载力折减系数偏于安全。     

基于钢管控制的插板连接节点受弯性能研究

结合试验研究和理论分析对钢管插板节点受弯性能做了初步探索,以1/4(1/2)环形加强板节点为基础,根据钢管能量理论和虚功原理,推导出基于钢管控制的插板连接节点受弯极限承载力公式,并与日本《输电线路钢管塔制作基准》作了对比分析。结果表明:该理论分析模型的适用性较好,对工程设计有一定的理论意义和适用价值。     

T形钢管混凝土插板连接节点受弯性能研究

采用精细化有限元分析方法对T形钢管混凝土插拔连接节点的平面内受弯性能进行了研究.首先通过与试验结果进行对比,验证了精细化有限元模型的正确性和准确性.在此基础上研究了主管壁厚、支管壁厚、主管形式和混凝土强度对节点破坏模式和承载力的影响.结果表明,钢管混凝土插板连接节点的破坏模式和钢管插板连接节点不同,为主管冲剪破坏和支管...     

钢管混凝土T型节点板有限元模拟研究

应用非线性有限元分析钢管混凝土T型节点板节点的性能.建立钢管混凝土T型节点板节点的有限元模型,模型考虑了焊缝尺寸、混凝土和钢管界面关系.分析计算了荷载作用下节点的应力分布,破坏模式和极限承载力,与试验结果比较证明了模型的可靠性.     

无端板方钢管再生混凝土短柱轴向局部受压性能试验研究

以局压面积比α为主要研究参数,对无端板方钢管再生混凝土短柱进行轴向局部加载试验。试验观察其受力过程和破坏形态,得到荷载-位移曲线,分析应变分布与发展情况,并研究局压面积比对其受力性能的影响。结果表明:无端板方钢管再生混凝土短柱与普通方钢管混凝土短柱的轴向局部受压受力过程和破坏模式基本相同;当局压面积比不大于16时,随着α的增加,试件局压弹性模量有降低的趋势,极限承载力降低明显,加载后期下降段越平缓,剩余承载力越大。最后,基于普通圆钢管混凝土短柱局压承载力计算原理给出无端板方钢管再生混凝土短柱轴向局压极限承载力计算公式,计算值与试验值吻合较好。研究结果可为工程应用提供参考。     

Q345十字插板X型钢管节点受压承载力特性研究

介绍了钢管塔结构的横担—主材连接方式,开展了Q345十字插板X型钢管节点受压承载力试验研究;研究了节点的承载力—变形特点、破坏模式,探讨了节点的承载力计算理论,试验研究表明支管受压时十字插板钢管节点发生受压局部屈曲破坏,节点承载力计算值与实验值比较表明日本钢管塔结构的十字插板节点承载力计算理论可以应用于节点的承载力计算,且具有良好的精度。     

垫板加强Y型圆钢管节点受压极限承载力研究

对支管受轴向压力作用的垫板加强Y型圆钢管节点进行了非线性有限元分析,研究了几何参数对加强型节点受压极限承载力的影响。分析表明,设置适当尺寸的垫板能够增强Y型圆钢管相贯节点承受荷载和抵抗变形的能力。用多元线性回归法求出垫板加强Y型圆钢管节点受压极限承载力提高系数φp的回归方程,从而提出了垫板加强Y型圆钢管节点受压极限承载力的建议公式。     

Hysteretic behaviour of tubular T-joints reinforced with doubler plates after fire exposure

The hysteretic behaviour of tubular T-joints reinforced with doubler plates was experimentally and numerically investigated in this study. Two specimens were tested to failure under cyclic axial load at the brace end, one under ambient temperature and the other after fire exposure. Specimens with identical material and geometric properties were compared. The failure modes of the specimens were cracking along the weld toe at the intersection of the plate and brace. The results indicated that the hysteretic behaviour and energy dissipation of the joint after fire exposure were smaller than those at ambient temperature. The finite element package ABAQUS was then used to simulate the joint specimens. In a comparison of the hysteretic curve, skeleton curve, energy dissipation and failure location, the simulation and experimental results were in good agreement. The finite element method was subsequently used to carry out a parametric study. Parameters τ and ε had little influence on the post-fire hysteretic behaviour of the joint, but joints with a large γ or small α, β, or ξ values had a low capacity for hysteretic behaviour after fire exposure.     

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。     

Mechanical behavior research on multi-planar steel tubular joints with inner plate

通过对内置加强板的空间DKYY型圆钢管相贯节点的足尺试验和有限元模拟,分析节点应力和变形的发展过程。结果表明：节点在1.3倍设计荷载作用下保持弹性工作状态,具有较高的安全度,可以满足设计承载力需求,有限元分析较好地模拟了加载试验过程,有效弥补了节点试验测点较少的不足,可用于节点受力性能的全面评估。另外,选取较小的主管径厚比和内置加劲板可提高其径向刚度,确保节点破坏时主管处于弹性工作状态;支管加劲板对支管的弹性刚度没有影响,对其承载能力的影响不大,但可以减小支管的径向变形,局部改变支管的应力分布。该节点的构造设计是合理的,其在设计荷载作用下的受力是安全的。     

竖向荷载作用下插接式Y形钢管混凝土转换节点的承载力试验研究

为实现不同截面形式的斜柱与支柱的可靠连接,提出一种Y形钢管混凝土转换节点,其双斜柱和支柱采用插接式连接。以斜柱钢管壁厚、支柱直径、斜柱插入深度以及斜交区是否设置加劲肋为参数,设计8个双肢方形截面斜柱和圆形截面支柱转换节点,通过竖向荷载下的静力试验,研究其破坏模式、承载力、变形特点和受力机理。研究结果表明：在竖向荷载作用下,插接式节点的核心区能有效传力,其顶面承受局部压力作用,局部压力扩散范围延伸至支柱;斜交区混凝土受约束作用大,对该区域的变形和承载能力有利;斜柱插入深度是影响节点受力性能的关键参数,随着插入深度的增加,节点承载力最大提高18%,钢管首先达到屈服应变和发生局部屈曲的部位改变;斜交区设加劲肋能够提高斜交区的刚度和承载力,使薄弱位置转移。基于试验获得的节点各区域受力特征,提出适用于双肢方形截面斜柱与圆形截面支柱插接式Y形转换节点在对称竖向荷载作用下的承载力计算公式。承载力计算结果与试验结果之比的平均值为0.879,标准差为0.049,计算结果偏安全,离散性较小。     

方钢管混凝土柱内隔板式节点的抗弯承载力研究

为了研究方钢管混凝土枉内隔板式节点的抗弯受力性能，完成了3个方钢管混凝土柱内隔板式节点的低周反复荷载试验。在此基础上，研究了轴压作用对方钢管混凝土柱内隔板式节点抗弯承载力的影响，提出了3块内隔板情况下节点抗弯承载力的计算方法。同时对梁柱翼缘等宽情况下节点的抗弯受力性能进行了分析，建立了相应的计算公式，计算结果与试验结果进行了对比，吻合良好。试验结果及理论分析对现行规程中的节点抗弯承载力计算公式进行了补充，拓宽了内隔板式节点的适用范围。     

Experimental research on concrete-filled square steel tubular slender columns with inner I-shaped CFRP under axial compression

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明：内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

内钢板中空方形钢管混凝土叠合柱轴压力学性能研究

为研究中内钢板中空方形钢管混凝土（CFST）叠合柱的轴压力学性能,以内钢板与钢管的强度和壁厚为参数对8个叠合短柱进行轴压试验,以截面尺寸、钢管内外混凝土强度、钢材强度、纵筋与钢管用钢量分配为参数对81个叠合短柱进行有限元分析,对典型构件受力全过程、各部分接触作用以及承载力进行研究。在美国结构设计规范ANSI/AISC 360-16、欧洲钢结构设计规范BS EN 1994-1-1、GB 50936—2014《钢管混凝土结构技术规范》和T/CECS 663—2020《钢管混凝土加劲混合结构技术规程》的组合柱承载力计算公式中增加内钢板承载力项,得到内钢板中空方形CFST叠合构件的轴压承载力计算式。结果表明：轴压荷载作用下,内钢板中空方形CFST叠合柱钢管外混凝土、内钢板、钢管、纵筋以及核心混凝土能协同工作;内钢板强度与壁厚对构件承载力、延性和刚度影响均较小;截面尺寸和混凝土强度对构件承载力贡献最大,但构件延性随着混凝土强度的增大而降低。在T/CECS 663—2020和ANSI/AISC 360-16的组合柱承载力计算公式中增加内钢板贡献项计算得到的承载力值与试验和有限元结果最为接近。     

Experimental investigation and design of round ended elliptical steel tubular T-joints under axial compression

圆端形椭圆钢管是一种融合圆形和矩形截面特征优势的构件，其圆端部分可以提供良好约束，矩形部分可实现快捷连接，在桁架结构中有着良好的应用前景，然而目前尚缺乏有关圆端形椭圆钢管相贯节点的受力性能研究。为此，通过对13根圆端形椭圆钢管T形相贯节点开展轴压性能试验，研究相贯类型、主支管径比、主支管夹角和是否填充混凝土等对其破坏模式、承载力、初始刚度和延性等力学性能的影响，明确圆端形椭圆钢管T形相贯节点在支管受压作用下相较圆形或矩形钢管相贯节点的承载特征差异，揭示相贯节点的受力机理，提出圆端形椭圆钢管相贯节点的轴压承载力计算式。研究结果表明，圆端形椭圆钢管T形相贯节点表现出良好的轴压性能；支管与主管圆弧段连接的相贯节点轴压承载力分别为圆形或矩形钢管相贯节点的1.07~1.66倍，具有明显的承载优势；主管填充混凝土可使圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力和初始刚度分别提高75.5%~103.4%和11.9%~60.6%；通过试验结果验证，提出的轴压承载力计算式可较准确地评估圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力。