低周反复荷载作用下N型圆钢管相贯节点滞回性能研究

N型圆钢管相贯节点是钢管结构中常用的节点形式。为了研究不同几何参数对N型圆钢管相贯节点滞回性能的影响,针对不同的几何参数,支、主管直径比β,主管厚径比γ,两支管间隙比,两支管间的夹角,建立模型进行有限元分析,得到几何参数取不同值时,节点在低周反复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线。通过有限元结果的对比与分析,得到不同几何参数对N型圆钢管相贯节点滞回性能的影响。     

退火对Y形矩形钢管节点滞回性能影响的研究

为研究退火处理及几何参数对矩形管节点滞回性能的影响,对2组Y形矩形管-管节点及2组Y形纵向板-矩形管节点进行了拟静力试验。每组包含2个几何尺寸相同的试件,对其中一个进行去应力退火处理。将节点弦管底面中部固定,对支管施加轴向往复荷载。试验中裂缝在节点的弦管上表面出现,沿弦管与连接件(支管或节点板)的连接焊缝外围发展并穿透弦管壁,导致节点失效。节点的耗能机制为弦管上表面塑性变形。分析发现:退火导致节点的极限承载力减小,延性比、累积延性比、累积能量耗散比增大;随支弦管夹角增大,管-管节点极限承载力、累积延性比、累积能量耗散比减小;随节点板长度增加,板-管节点的极限承载力、累积延性比、累积能量耗散比增大。     

钢管桁架结构主方支圆K型搭接节点滞回性能分析

利用非线性有限元法对主方支圆K型搭接节点的滞回性能进行了数值模拟,得到了该节点在不同参数β、τ、θ、Ov％影响下的滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能性能.研究表明,节点在支主管夹角θ影响下,随着θ值的增加,滞回性能增强;节点在支主管径宽比β影响下,随着β值的增加,滞回性能减弱;节点在支主管厚度比τ、搭接率Ov％影响下,滞回性能增强得不明显.     

Y形直接焊接矩形钢管节点滞回性能试验研究

对钢管结构中常用的Y形矩形钢管节点进行了试验研究。通过对支管施加轴向往复荷载,共对10个直接焊接Y形矩形管节点进行拟静力试验。为研究钢管加工及节点焊接过程中产生的残余应力对节点性能的影响,对其中2个节点进行了去应力退火处理。通过分析节点的承载力、延性比和能量耗散系数,对此种节点的滞回性能进行了深入研究。试验表明：在支管承受轴向往复荷载作用时,总是在支弦管连接焊缝外边缘沿支管侧壁方向切断弦管上壁面,从而导致节点性能的劣化。在弦管上壁面拉裂之前节点耗能性能良好,且退火节点在弦管上壁面拉裂之后仍然有较大的耗能潜力。节点的滞回性能较好,这为在抗震区推广使用管结构提供了有力支持。     

圆钢管混凝土节点平面内抗弯刚度研究

对圆钢管混凝土T/Y型节点在平面内弯矩作用下的抗弯刚度进行数值分析和试验验证,比较空钢管节点和内填充混凝土钢管节点抗弯性能的差异,分析节点各无量纲参数对抗弯刚度的影响,给出钢管混凝土节点的抗弯刚度计算公式。研究表明:空钢管节点的主管内填充混凝土后,节点的抗弯刚度有明显的提高,节点刚度取决于弦杆的径向刚度和弦杆、腹杆相贯面的表面积;节点刚度随主、支管管径比β和主支管厚度比τ的增大而提高,随径厚比γ和主、支管夹角θ的增大而降低;内填充混凝土强度的变化对节点的抗弯刚度影响较小。     

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.     

空间隔板焊接X形圆钢管相贯节点受力性能试验研究

对3个足尺空间隔板焊接X形圆钢管相贯节点分别进行了轴力作用下的单调加载试验和往复加载试验,得到了节点的破坏模式,并对节点的受力性能包括静力弹性刚度、承载力、延性和滞回性能等进行分析。验证了该种空间隔板焊接节点的构造措施合理,节点的承载能力相对设计工况有两倍以上的安全储备,节点受力安全可靠。运用ABAQUS软件建立有限元分析模型,并与试验结果对比,验证了有限元模型的适用性,并对节点进行设计工况下的内力校核,参数分析结果表明,管径厚比、相贯角度、椭圆连接板厚度及平面外角度对空间隔板焊接节点性能影响较大,节点刚度和承载力随着支管径厚比和平面外角度的增大而降低,随着相贯角度和椭圆连接板厚度的增大而提高。综合试验和有限元分析结果,节点设计要确保支管设计内力不大于节点承载力,增大椭圆板厚度以及补焊椭圆板隐藏焊缝对节点的受力性能改善较好;当设计该类较小相贯角度（小于20°）的节点时,需按节点承载力进行设计,同时考虑轴向刚度对节点受力性能的影响。     

钢管混凝土拱桥管节点有限元分析

钢管混凝土桁架拱桥中多采用主支管直接相贯焊接的节点构造型式。管节点连接处几何形状突变,应力集中明显,使节点成为整个结构的薄弱环节。基于此,采用ANSYS,选取四管桁架拱桥中的三种典型节点构造,利用圣维楠原理分别考虑弦杆与腹杆夹角、主支管管径比、主支管管壁厚比三个参数的影响,对节点进行局部受力分析,考察其对节点构件应力的影响。     

主管壁加厚方钢管T型节点滞回性能研究

为了研究主管壁局部加厚对方钢管T型节点滞回性能的影响,对一个主管壁局部加厚的方钢管T型节点试件和一个主管壁未加厚的方钢管T型节点试件进行试验测试和有限元模拟。试验中,通过控制支管的竖向位移对方钢管T型节点试件施加低周往复循环荷载,研究试件的变形和破坏模式,并进行相关抗震性能指标（延性系数和能量耗散）分析。试验结果表明：主管壁局部加厚能够明显改善节点的滞回性能,同时能够使节点由带有明显延性特征的断裂破坏转变为主管壁厚改变处的延性屈服破坏。利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟,结果与试验结果吻合较好。最后利用有限元软件分析了主管壁加厚方钢管T型节点加厚参数（主管的加厚长度l和加厚厚度Δt）对节点滞回性能的影响。分析结果表明：为了改善节点滞回性能,加厚长度不超过支管截面边长的3倍,加厚厚度不超过主管壁厚的0.8倍。     

钢管混凝土拱桥管节点有限元分析

钢管混凝土桁架拱桥中多采用主支管直接相贯焊接的节点构造型式.管节点连接处几何形状突变,应力集中明显,使节点成为整个结构的薄弱环节.基于此,采用ANSYS,选取四管桁架拱桥中的三种典型节点构造,利用圣维楠原理分别考虑弦杆与腹杆夹角、主支管管径比、主支管管壁厚比三个参数的影响,对节点进行局部受力分析,考察其对节点构件应力的影响.     

KT型相贯节点承载力有限元及设计方法分析

对KT型圆钢管空间相贯节点的极限承载力进行非线性有限元分析,揭示KT型相贯节点的受力性能。结果表明：在支杆轴力大小不同的情况下,随着支杆与弦杆直径比角、腹杆与弦杆直径比屉、支杆与弦杆厚度比τ1、腹杆与弦杆厚度比τ2和弦杆径厚比γ的变化,节点发生弦杆局部屈曲模式、腹杆轴向屈曲破坏和支杆强度破坏3种破坏模式;有焊缝的加强作用,节点承载力有所提高;分析支杆与腹杆轴力不同比值情况下的节点承载力,提出KT型节点承载力简化设计公式。     

圆钢管相贯节点轴向刚度的数值分析

对工程实践中常用到的圆钢管相贯节点进行了数值模拟分析,探讨了主管夹角、支管与主管的外径比、主管径厚比、支主管壁厚比、支管与主管之间的夹角、支管与主管平面夹角等参数对相贯节点轴向刚度的影响,得出了不同参数对相贯节点刚度影响的关系曲线。     

圆锥形中空夹层钢管混凝土轴压短柱受力机理分析

为了研究圆锥形中空夹层钢管混凝土轴压短柱的受力机理,通过有限元软件ABAQUS建立了该类构件的力学模型,并与已有试验数据进行对比,验证了模型的合理性。分析了典型构件的受力全过程荷载-应变关系曲线、钢管与混凝土之间的相互作用力、破坏模态和荷载分配; 同时分析了空心率、锥度、钢管径厚比和混凝土强度等参数对相互作用力的影响。结果表明:典型构件荷载-应变关系曲线可分为弹性段、弹塑性段、下降段和稳定段4个阶段; 构件破坏是由外钢管向外鼓曲所导致的,破坏截面约在0.8H(H为构件高度)柱高处; 锥度和空心率的改变对构件破坏截面位置影响较大,随着锥度和空心率的增大,破坏截面位置逐渐向柱顶靠近; 影响外钢管与混凝土之间相互作用力的主要因素有空心率、锥度、外钢管径厚比、外钢管屈服强度和混凝土强度; 影响内钢管与混凝土之间相互作用力的主要因素有空心率、锥度和外钢管屈服强度; 内钢管径厚比与内钢管屈服强度对混凝土与内、外钢管之间的相互作用力影响较小,可不作为主要参数进行分析。     

K型圆钢管搭接节点极限承载力研究

钢管搭接节点是一种在空间结构中常见的节点形式,本文对平面K型圆钢管搭接节点的极限承载力进行了非线性有限元分析。结果表明:随着支主管直径比、支主管厚度比、主管径厚比和搭接率的变化,节点发生支管轴向屈曲破坏、支管局部屈曲破坏和支主管联合屈曲破坏三种破坏模式。在支主管厚度比分别为0.4、0.7和1.0,且搭接率为20%～60%时,与相应的间隙节点极限承载力的比值分别在0.95～1.06、0.95～1.61和1.17～1.27之间;与规范公式承载力计算结果的比值分别为小于1.0、在0.99～1.51和1.33～2.17之间。研究表明,圆钢管搭接节点的受力性能与有间隙的相贯节点有明显的差别,设计计算时应分别考虑。     

Strength of tubular welded joints of roof trusses in Shanghai Qizhong Tennis Center

Static strength of multi-planar welded joints with seven brace members and one chord member made of circular hollow sections is investigated in the paper, based on the engineering practice of moveable roof trusses of Shanghai Qizhong Tennis Center. Firstly, comparative experiments were carried out on two model joints with a scale of 1:3. One joint was not reinforced, whereas the other was reinforced with ring stiffeners inside the chord member. Failure mode, stress distribution, plastic-zone development and ultimate load capacity of the joints were investigated, and effects of the ring stiffeners on the joint behavior were observed through the experiments. Secondly, finite element analysis of both the tested model joints was performed. The calculation results are in a good agreement with the experimental results, which indicated that the numerical analysis was quite effective. Finally, the strategy for enhancing strength of the complicated joint is discussed. Parameters study on the constructional details of ring stiffeners was carried out using FE method. The present research shows the multi-planar circular hollow section joint with high ratio of diameter to thickness of the chord and multiple braces is liable to chord plasticity under axial tension and compression on the braces. For the design of the joint, it is suggested that the ring stiffeners are installed insider the chord to meet needs of enough stiffness and strength. Both position and number of the stiffeners should be carefully determined based on the axial forces on the braces and their diameters. The stiffener thickness should not be less than the chord thickness, and the diameter of the hole at the center of the stiffener should not be greater than half of the chord diameter.     

矩形钢管节点屈服线和冲剪综合破坏模型

基于屈服线和冲剪破坏模型,对矩形管-管节点和板-管节点发生这2种破坏模式的支主管宽度比β适用范围进行理论分析,探讨CIDECT规范中给出的支主管宽度比适用范围的合理性,并在此基础上合理考虑沿支管周长刚度变化,对主管可能发生屈服线和冲剪破坏的区域进行分析,给出屈服线和冲剪综合破坏的承载力计算方法。将所得公式的计算结果与试验结果进行对比,并将其与CIDECT规范计算公式进行对比分析。结果表明:该建议公式计算值与试验值吻合较好;β＜0.85时,CIDECT规范公式低估了节点承载能力,而0.85<β<1-1/γ（2γ为主管宽厚比）时,CIDECT规范公式高估了节点承载能力。     

上海旗忠网球中心屋盖支座圆管节点强度研究

以上海旗忠网球中心可开闭屋盖支座节点为工程背景,探讨了由7根支管和1根主管焊接而成的复杂空间多支管节点静力强度。首先进行了两个1∶3的缩尺模型节点静力对比试验,一个节点的主管中不设置加劲板,另一个节点在主管内设置了环向加劲板。试验研究了节点的破坏模式、应力分布、塑性发展、承载能力,观察了加劲板对节点性能的影响。其次,应用有限元方法对两个所试验的模型节点受力性能进行了数值分析,将计算结果与试验结果作了比较,表明有限元数值分析有效可靠。最后,讨论了增强复杂管节点强度的措施,进行了环向加劲板构造参数的有限元分析。研究表明主管径大壁薄、多支管的空间圆管节点在支管有拉有压的情况下很容易发生主管屈服破坏,设计时建议在主管内布置环向加劲板来保证节点刚度和强度,须根据支管轴力大小、拉压性质、支管与主管相交位置等因素来精心设计加劲板的位置和数量。加劲板的厚度不宜小于主管的壁厚,加劲板中心开孔的直径不宜大于0.5倍的主管直径。     

Behaviour of Concrete-Filled Double-Skin Circular Hollow Section Cross Joints Under Axial Compression

This paper presents an experimental investigation on concrete-filled double-skin circular hollow section (CHS) cross joints under axial compression. A total of twenty-two right-angled CHS cross joints with different brace to chord diameter ratio (β), inner tube to outer tube thickness ratio of chord (ω) and hollow ratio of chord (χ) were tested, in which eighteen concrete-filled double-skin CHS cross joints were studied for different shapes of inner tube of chord, two traditional empty CHS cross joints and two traditional concrete-filled CHS cross joints were tested for comparison. The joint strengths, failure modes, load-deformation curves and strain distribution curves of all specimens are reported. The effects of brace to chord diameter ratio (β), inner tube to outer tube thickness ratio of chord (ω), hollow ratio of chord (χ), shape of inner tube of chord and concrete strength on the behaviour of concrete-filled double-skin CHS cross joints under axial compression were evaluated. It is shown from the comparison that the ultimate load and initial stiffness of CHS cross joints are significantly enhanced by strengthening the chord member with inner tube and concrete infill. Furthermore, the ultimate strengths are increased with the increase of the β ratio, whereas the ultimate strengths are decreased with the increase of the χ ratio for all types of concrete-filled double-skin CHS cross joints. On the other hand, the ultimate strengths are enhanced with the increase of the ω ratio and concrete strength for all types of concrete-filled double-skin CHS cross joints, but the enhancement is insignificant. The corresponding finite element analysis was also performed and calibrated against the test results. The design equations are proposed based on the test and finite element analysis results for concrete-filled double-skin CHS cross joints, which are verified to be more accurate.