支管灌混凝土平面X形圆钢管节点轴压性能试验研究

为研究支管灌混凝土X形圆钢管节点的轴压性能,对6个不同截面几何参数的支管灌混凝土X形圆钢管节点进行了单调加载试验。介绍了节点试验方案,揭示了节点破坏模式,给出了加载点荷载 端位移曲线、支管轴力-主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对节点轴压承载力和弹性轴压刚度的影响进行了分析。试验研究结果表明：节点试件均表现出较好延性;所有试件的主管壁最大竖向变形位移都大于0.03倍主管直径,在判定该类圆钢管节点轴压承载力时应该采用极限变形准则;节点轴压承载力与弹性轴压刚度都随着β和τ的增加以及γ的减小而提高;所有试件的支管根部测点都未进入塑性且主管都是鞍点和冠点之间的中间测点首先进入塑性;在试验参数条件下,支管灌混凝土对X形圆钢管节点轴压承载力提高不明显,甚至会降低其轴压承载力。目前GB 50017-2003《钢结构设计规范》公式不能较好地计算支管灌混凝土X形圆钢管节点轴压承载力。     

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。     

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。     

高强度N型搭接钢管节点力学性能研究

采用有限元数值模拟的方法对高强度N型搭接钢管节点的力学性能进行研究.分析了Q460材质的高强度N型搭接钢管节点的破坏模式,考虑了几何参数(支管与主管直径比、支管与主管壁厚比、主管径厚比、节点搭接率)和荷载参数(主管轴力)对节点极限承载力的影响.将有限元计算结果与《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)中的公式计...     

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。     

主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯性能试验研究

对主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点在支管平面内弯矩作用下的极限承载性能进行单调加载的试验研究。实施6个不同截面几何参数的主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯极限承载力试验。介绍了节点试验方案,描述了X形圆钢管混凝土节点平面内弯曲破坏现象,给出荷载-支管端位移曲线、弯矩-主管局部变形曲线、弯矩-转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和平面内抗弯刚度的影响进行讨论。试验研究结果表明:主管灌混凝土后并没有在主管中形成明显的刚域;在一定参数条件下,主管中灌混凝土的X形圆钢管混凝土节点平面内受弯极限承载力、抗弯刚度均随着β、τ值的增加和γ值的减小而提高;各试件在最大弯矩作用下,所有试件的支管根部测点都进入塑性,主管上大部分测点保持弹性状态;主管中灌混凝土对圆钢管节点平面内抗弯极限承载力有一定的提高,在一定参数条件下提高甚至达到48%,但若实际工程中取欧洲规范弯矩值与支管全截面塑性弯矩值中的最小者计算节点抗弯承载力,在一定的钢管几何参数下不一定是安全的,需要进行深入的有限元参数分析。     

钢管混凝土拱桥K形节点破坏模式及极限承载力研究

建立了钢管混凝土K形节点的精细化有限元模型,基于模型试验数据对有限元模型进行校核,试验值与有限元计算值最大相对偏差为7. 26%,平均相对偏差为3. 72%,说明有限元模型具有较高的精度。采用理论分析和数值模拟方法对钢管混凝土K形节点破坏模式和极限承载力影响因素进行研究,结果表明:钢管混凝土K形节点荷载-位移曲线可分为弹性、弹塑性和破坏三个阶段,破坏模式为受压支管接头局部屈曲破坏和受拉支管接头处主管扯裂破坏;节点极限承载力随着主管径厚比、支管径厚比和支管间隙的减小而变大,随着支管与主管外径比、支管与主管壁厚比、核心混凝土等级的增加而变大,随着支管与主管轴线夹角的增大而先变小再变大,随着主管轴压力水平先变大后变小;节点极限承载力增长系数与节点尺寸缩放系数之间呈正相关,基本呈线性增长,节点极限承载力增长系数变化速度大于尺寸缩放系数,最后提出了钢管混凝土K形节点不同破坏模式的极限承载力建议公式。     

平面X形圆钢管混凝土节点平面外受弯性能试验研究

为了解平面X形圆钢管混凝土节点的平面外受弯性能,分别对4个主管填混凝土和4个支管填混凝土的平面X形圆钢管节点进行支管平面外弯矩作用下的试验研究。考察了支管、主管分别填混凝土2种情况下节点的破坏模式和应力分布,并分析了钢管内混凝土对节点平面外抗弯刚度及承载力的影响。试验中支管填混凝土节点出现了主管塑性、支管局部屈曲和支管受拉侧焊缝或热影响区管壁开裂的破坏模式,主管填混凝土节点则发生了支管局部屈曲及支管受拉侧焊缝开裂破坏。主管填混凝土节点与支管填混凝土节点相比,由于主管内填混凝土对于主管管壁的局部变形起到明显的约束作用,明显提高了主管的径向刚度,增大了节点的平面外抗弯刚度。实测节点承载力与欧洲规范计算的空钢管节点理论承载力比较表明,主管内填混凝土能极大提高节点平面外受弯承载力,最大可提高132%;支管内填混凝土可使节点平面外受弯承载力最大提高60%。     

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。     

碳纤维布(CFRP)加固T形圆钢管节点的静力性能研究

通过对两个足尺T形圆钢管节点进行支管轴向静力加载试验,研究了未加固试件和碳纤维布(CFRP)加固试件的破坏模式及静力性能。试验结果的对比表明:未加固试件在支管轴力作用下,由于主管的径向刚度远小于支管的轴向刚度而容易发生主管表面的局部屈曲;由于CFRP对主管的约束作用,有效地限制了主管表面的局部屈曲,试件最终发生了整体强度屈服破坏。对比分析基于试验测试得到的荷载-位移曲线,发现CFRP加固试件的极限承载力比未加固的试件高17.8%,说明CFRP可以有效地提高管节点的静力性能。采用有限元软件ABAQUS对CFRP加固节点进行模拟,通过与试验测试结果的对比,验证了有限元模型的准确性。在此基础上,对CFRP加固T形管节点进行参数分析,参数主要考虑了主、支管管径比、主管的径厚比以及CFRP黏贴长度、方向和层数分别对管节点加固效果的影响,并给出各参数的影响规律。     

N型方圆钢管相贯节点足尺试验研究

对两个承受支管轴力和主管轴力的搭接N型方圆钢管相贯节点进行了足尺试验研究。试验表明,试件N1的破坏模式为受压支管在节点处的局部屈曲破坏,试件N2的破坏模式为主管侧壁鼓曲破坏和支主管交接面主管壁压溃破坏的联合破坏模式。计算表明,试件N1的试验值与《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)公式承载力计算结果的比值为0.73,与有限元计算结果的比值为1.11;试件N2的试验值与规范公式承载力计算结果的比值为0.99,与有限元计算结果的比值为1.02。研究表明,主管轴力对节点极限承载力影响较大,规范公式因未考虑主管轴力的影响,其计算结果偏不安全,还有待进一步的研究。     

主管轴力对N形主方支圆钢管搭接节点承载力影响研究

为研究主管轴力对N形主方支圆钢管搭接节点受力性能的影响,设计制作了2组共4个节点试件进行极限承载力试验。试验结果表明:当节点几何参数、构造及支管受力性质相同时,主管所受轴压力较大的节点,其承载力低于主管轴压力较小的节点。以试验为基础,建立了考虑主管轴力影响的节点有限元分析模型,计算得到了主管轴力对该类节点承载力的影响参数,将其与按《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中圆管节点及矩形管节点主管轴力对节点承载力影响的参数公式计算结果进行了对比。研究表明:主管轴拉力对N形主方支圆钢管搭接节点的承载力影响较小,可以忽略,但主管轴压力对节点承载力影响较大,且规范参数公式对该类节点并不适用。通过回归分析,提出了主管轴力对N形主方支圆钢管搭接节点承载力影响参数的建议公式,为该类节点承载力计算提供参考。     

T形管节点落锤动态抗冲击性能试验研究

采用落锤冲击试验机进行了4个T形管节点的抗冲击性能试验研究。通过试验获得了冲击能量E、主管长径比（α=L/D）和主管直径D等参数对管节点破坏模态和变形模式的影响规律,分析了管节点在冲击力作用下整体和局部变形特性,以及冲击力、位移、应变时程曲线与冲击力 变形关系曲线。试验结果表明：主管长径比一定时,冲击能量的大小影响支管受撞T形管节点的破坏模态;破坏模态主要为主管上表面局部屈曲和主管上表面局部屈曲伴随主管整体弯曲变形两种形式;主管上表面局部屈曲产生的塑性变形区域受冲击力的影响不大,但其屈曲凹陷深度随着冲击能量的增大而增大;局部屈曲耗散了大部分冲击能量。基于能量的塑性铰线理论,提出了等效冲击承载力简化评估方法。     

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。     

长沙贺龙体育场钢屋盖圆管相贯节点足尺试验研究

本文对长沙贺龙体育场钢屋盖结构中的6个圆钢管相贯节点进行了足尺试验研究,观察到试件节点的破坏主要分三种:受拉支管与主管的连接焊缝断裂破坏;受压支管靠近主管的端部的局部屈曲破坏;受压支管端部局部屈曲与受拉支管焊缝断裂的联合破坏。主管壁上的等效应力分布和发展很不均匀,而且复杂。由于本次节点试件存在主管强、支管弱的特点,节点破坏不属于规范规定的主管过度塑性变形的破坏形式,不能按现行规范公式计算。运用有限元求解相贯节点的极限承载力是一种有效的方法。试验证明,长沙贺龙体育场的钢屋盖设计是安全、经济、可靠的。     

K形圆钢管搭接节点受力特点及极限承载力分析研究

K形圆钢管搭接节点在大跨空间结构中倍受青睐,但对于此类节点的受力特点和极限承载力及其影响因素至今还存在着诸多疑点和盲区。利用非线性有限元分析方法,对K形圆钢管搭接节点在不同搭接率条件下的受力性能进行研究,分析支主管直径比、主管径厚比、支主管壁厚比以及搭接关系、内隐藏焊缝焊接状况等因素对节点极限承载力的影响,并由模型数据回归出一套平面K形圆管搭接节点的有限元承载力公式。     

GFRP管夹层灌浆修复锈蚀圆钢管T形节点受压性能研究

为研究GFRP管夹层灌浆修复锈蚀钢管节点的受压性能,改变支主管直径比、锈蚀率及修复构造,完成8个T形圆钢管节点的支管轴向受压静力加载试验。通过对主管加速锈蚀及GFRP管夹层进行灌浆修复,实测各钢管节点的破坏模式、荷载-变形曲线和荷载-应变曲线,分析节点受压承载力和初始刚度。结果表明：质量损失10%的主管锈蚀会使T形圆钢管节点受压承载力下降近20%,但未改变节点的失效模式;主管GFRP管夹层灌浆修复使锈蚀T形圆钢管节点的受压承载力提高100%左右,且较未锈蚀对比T形圆钢管节点可提高约70%;GFRP外管的约束作用是提升节点受压性能的关键,采用无约束作用的PVC外管会使灌浆层过早开裂并剥离,修复效果一般;主管焊接连接键可以增强钢管与灌浆夹层之间的锚固,其对PVC管夹层灌浆修复锈蚀节点的提升作用更明显,但对有GFRP约束修复T形圆钢管节点的贡献很小。建立并验证了各类T形圆钢管节点的有限元模型,揭示未修复节点主管塑性化变形失效机制,以及GFRP管夹层灌浆的约束作用对于锈蚀节点受压性能的提升机理。     

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。     

薄壁圆钢管混凝土短柱的轴压试验

通过 8根圆形薄壁钢管混凝土轴压短柱试验 ,研究了不同径厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数 ,对薄壁圆钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高。与常规壁厚的钢管混凝土轴压短柱相比较 ,达极限承载力时的破坏模式也有较大的变化