圆钢管相贯节点抗弯刚度和承载力实验

简述了圆钢管相贯节点抗弯性能研究的必要性和国内外目前的研究状况。以某重点工程为背景 ,实施了相贯节点抗弯刚度和承载力的实验研究。文中详细介绍了试验方案设计和主要试验结果。根据对多种几何参数、荷载工况组合下的节点抗弯刚度的测试 ,表明在一定条件下 ,相贯节点可以作为全刚接抗弯节点看待 ,节点抗弯强度能保证杆件承载能力的充分发挥。     

X型厚壁圆管相贯节点平面外受弯抗震性能试验研究

采用相贯节点的圆钢管结构广泛应用于大跨度网格结构中,对于具有一定抗弯刚度的连接,节点将受到弯矩作用。介绍了两个不同几何参数的X型厚壁圆钢管相贯节点试件的平面外受弯滞回性能试验,结合数值分析,对节点承载能力和变形能力进行了研究。结果表明:在合理的几何参数和焊缝质量保证下,厚壁圆钢管相贯节点平面外受弯的承载力较高;厚壁圆钢管相贯节点在支主管径比β较大时节点易发生主管壁拉剪断裂破坏;在支主管径比β较大时延性等抗震性能较好,β较小时延性等抗震性能较差。     

十字板-端板式模块化钢结构连接节点抗弯性能研究

为研究十字板-端板式模块化钢结构连接节点的抗弯承载力和破坏模式,对该节点的一个足尺试件进行单调加载试验,并对该节点的抗弯性能进行有限元分析。研究结果表明:试件的破坏模式为梁端形成塑性铰,节点和上、下柱未发生明显破坏;节点十字板厚度和高度对节点的抗弯承载力影响较小;随着屋面梁和楼面梁高度的增加,节点的抗弯承载力、初始抗弯刚度和延性系数都显著提高;随着轴压比的变大,节点的抗弯承载力、初始抗弯刚度和延性系数都有明显下降。     

T型圆钢管相贯节点滞回性能研究

以拟静力试验为基础,分别对3个T型圆钢管相贯节点进行低周反复试验,主要研究T型圆钢管相贯节点平面内加载作用下的滞回性能、破坏模式、延性系数以及平面内弯曲刚度问题。通过观察3个试件的屈服和破坏现象,可知3个试件的破坏模式几乎相同,均为支管相贯线区域焊接热影响区的撕裂破坏,试验结果表明:试件破坏的位置在支管处,焊接应力对节点的承载力有一定的影响。同时绘制滞回曲线,对节点的滞回性能进行分析和比较,分析节点相贯线附近的复杂应力情况,得出该处应力分布很不均匀:关于试件平面近似呈对称分布。随后求出了试件的节点转角的延性系数:无论是正向还是反向,3个试件的转角延性系数是依次增大的,这与主管的几何尺寸增大呈相同趋势。     

腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯性能试验研究

对腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点在腹杆平面内弯矩作用下的极限承载性能进行了单调加载的试验研究。实施了6个不同截面几何参数的腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯极限承载力试验。本文介绍了节点试验方案,描述了节点平面内弯曲破坏现象,给出了荷载—腹杆端位移曲线、弯矩—弦杆局部变形曲线、弯矩—转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将腹杆与弦杆外径比β、弦杆径厚比γ和腹杆与弦杆壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和抗弯刚度的影响进行了讨论。试验研究结果表明:γ和τ值最大的试件平面内抗弯刚度模式接近刚域模式,其余试件接近非刚域模式;在一定参数条件下,腹杆内灌混凝土的节点试件平面内抗弯承载力、初始抗弯刚度都随着β值的增大和γ值的减小而提高,提高的程度与β、γ具体大小有关,而τ值对抗弯承载力和抗弯刚度的影响不大;各试件在最大弯矩作用下,除τ值较大节点试件的腹杆上所有测点都保持弹性外,其余试件腹杆上测点则部分进入塑性;所有试件的弦杆测点均进入塑性;若实际工程中取欧洲规范弯矩计算值与腹杆全截面塑性弯矩计算值中的最小者计算节点抗弯承载力,则τ值较小节点试件的平面内抗弯极限承载力与理论弯矩相当,而τ值较大节点试件的平面内抗弯极限承载力低于理论弯矩,偏于危险,需要进行深入的弹塑性理论分析。     

轴力下空间TK型圆钢管相贯节点的承载力分析

空间TK型圆钢管相贯节点在大跨度空间桁架中已得到广泛应用,但目前关于该节点极限承载力的计算方法尚不完善。本文在试验的基础上,对36个该类节点进行双重非线性有限元分析,计算其极限承载力并探索不同几何参数和加载方式对其的影响规律 同时借鉴平面K型圆钢管相贯节点承载力计算公式,考虑空间效应的影响,提出了空间TK型圆钢管相贯节点的承载力建议公式,经对相关试件进行计算,结果表明与试验结果吻合良好。     

设置加劲肋圆钢管T型相贯节点面内抗弯承载力试验研究及模拟分析

为提高相贯节点的承载力和疲劳寿命,在节点区域设置加劲肋,开展设置加劲肋T型圆钢管相贯节点面内抗弯承载力的试验研究,探讨了设置加劲肋T型相贯节点的破坏模式、应变发展规律和抗弯承载力特性;试验中主管受压侧加劲肋附近应变发展较快,当节点荷载临近极限承载力时,节点主管受压侧加劲肋附近发生明显凹陷的局部屈曲,同时加劲肋发生面外弯曲失稳;设置加劲肋节点面内抗弯承载力比无加劲肋节点承载力明显提高,说明设置加劲肋后有效提高了节点抵抗变形的能力,增加了节点的刚度和强度,使节点承载力有大幅度的提升。同时,开展相贯节点的非线性有限元模拟,分析得到节点的失效模式、承载力与试验均吻合较好。基于非线性有限元模拟,考察加劲肋布置方式对抗弯承载力的影响,提出了合理的加劲肋布置方式。     

N型圆钢管相贯节点力学性能的试验研究

对承受支管轴力和主管轴力的N型圆钢管相贯节点、垫板加强节点、主管填充混凝土节点、主管填充混凝土和垫板加强节点试件进行了试验研究.综合比较了4种节点在破坏模式、受压支管荷载-主管管壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载力等方面的差异.试验结果表明,不同加强措施导致不同的节点破坏模式.填充混凝土能显著提高节点极限承载力,而加垫板提高幅度不大,但当主管径向刚度已经很大时,对主管加垫板可能反而降低节点的极限承载力.运用有限元方法对试验节点进行了非线性分析,得到了各试验节点的破坏模式、极限承载力、荷载-变形过程并与试验结果进行了比较.结果显示,二者吻合较好.     

正交X形圆钢管相贯节点焊缝断裂的试验与机理分析

圆钢管相贯节点焊缝处应力分布难以避免不均匀性，而现行设计规范计算圆钢管相贯节点焊缝强度时未考虑这种不均匀性的影响。通过设计6个X形圆钢管相贯节点试件的支管受拉试验，研究了节点的破坏形态，分析了应力分布的不均匀性对节点焊缝强度的影响。试验结果表明：所设计的相贯节点实现了预期的焊缝断裂破坏模式；焊缝的断裂通常始于鞍点位置;节点应力分布的不均匀性对焊缝强度的影响很大；主管管壁刚度的大小对应力分布的均匀性起着关键作用，当节点外形尺寸保持一致时，主管管壁刚度越小，节点应力分布的不均匀程度越大，焊缝的强度越低；试验中主管管壁刚度最小的节点，其平均焊缝强度尚未达到刚性节点的40.3%；现行设计规范中未考虑圆钢管相贯节点应力分布不均匀性影响的计算方法会导致计算结果偏于不安全。     

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。     

矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点抗震性能试验研究及有限元分析

以天津泰达广场CBD工程A、B区超高层项目为背景,进行了不同连接方法的6个足尺矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点试件拟静力试验,分析了试件的破坏特征、承载力、延性、耗能能力、刚度退化、强度退化等性能。结果表明：在保证焊接及安装质量的前提下不同连接方法节点均具有较高的承载力及良好的抗震性能;在梁翼缘两侧焊接加强板有利于节点承载力的提高,矩形钢管中填充混凝土有利于减小节点核心区的剪切变形,提高节点的强度及刚度。利用ANSYS 10.0软件对试件在循环荷载作用下的滞回性能进行非线性模拟计算,并将理论分析结果与试验结果进行对比。对比结果表明,非线性有限元分析得出荷载-位移曲线与试验结果吻合较好,矩形钢管混凝土柱-H型钢梁节点均具有良好的耗能能力。     

Experimental study on seismic behavior of angle connection joints for concrete-filled square steel tubular column to steel beam

为了研究地震作用下方钢管混凝土柱-钢梁角钢连接节点的受力性能,设计了3个梁柱节点试件并对其进行低周往复循环荷载试验,分析了角钢短肢长肢比和角钢厚度对试件的刚度、承载力、耗能能力、延性性能及节点域剪切变形的影响。试验结果表明：角钢连接的塑性铰出现在角钢与柱壁相接触部位,往复荷载下最终破坏形态为角钢与柱壁焊接部位出现角钢撕裂现象,通过增加角钢短肢长肢比和增加角钢厚度可以将塑性铰外移,使角钢与柱壁相接触部位的撕裂程度减轻,从而有效保护节点核心区。增加角钢的厚度对节点的初始刚度及承载力影响明显,随着角钢厚度的增加,节点的初始刚度和承载力随之增加;增加角钢短肢长肢比能够提高节点的耗能能力和刚度。该节点具有较高的承载力、刚度及较大的变形能力,符合抗震设计理念。     

钢结构房屋中框架梁柱刚性连接节点的设计

钢结构房屋中的梁柱刚性连接节点有全焊接刚性连接节点和栓焊刚性连接节点两种,地震区的刚性连接节点设计要满足多遇地震下弹性状态的承载力要求和罕遇地震下弹塑性状态的承载力和变形要求。大震下刚性连接节点的脆性破坏除了质量缺陷外,还有焊接工艺、焊接方法、节点形式和焊接材料等方面的原因。设计应选取合适的节点类型,严格控制不同部位的焊缝质量等级以保证焊接连接的质量。     

钢板焊接连接的带水平接缝装配式RC剪力墙抗震性能试验研究

为了研究采用钢板焊接连接的带水平接缝预制装配式钢筋混凝土剪力墙的抗震性能,设计了4个装配式钢筋混凝土剪力墙足尺试件并进行低周往复水平荷载试验,研究参数包括连接钢板厚度、侧向钢板设置和轴压比。结果表明：各试件均为压弯破坏,水平承载力在186~288kN之间,极限位移在25.74~29.37mm之间,滞回曲线为饱满的弓形,延性和耗能能力较好,刚度退化较慢;在连接钢板满足强度要求前提下,增大连接钢板厚度、增加侧向钢板对剪力墙的延性、刚度、承载能力和耗能能力影响较小;提高轴压比可以明显提高装配式剪力墙的刚度和承载能力,但会降低其耗能能力。采用ABAQUS有限元软件对装配式剪力墙抗震性能进行分析,所建立的有限元模型可以较好地模拟装配式剪力墙的受力性能。通过对比采用规范公式计算的承载力与试验承载力,表明可以采用JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》中的公式计算文中装配式剪力墙的承载力,并给出了连接钢板的计算方法。     

主管内填混凝土的矩形钢管X型节点受拉和受弯性能试验研究

为了解主管内填混凝土对矩形钢管X型节点性能的影响,分别进行4个矩形钢管混凝土X型节点和1个矩形钢管X型节点的受拉和受弯试验,试验主要参数为支主管宽度比β和主管宽厚比γ。试验结果表明,主管内填混凝土能够改善节点受力性能,提高节点刚度和承载力,与矩形钢管节点相同,参数β和γ是影响矩形钢管混凝土受拉和受弯节点承载力的主要因素,β越大、γ越小,矩形钢管混凝土节点受拉和受弯承载力越高,节点刚度越大;由于主管内填混凝土的作用,改变了节点破坏模式几何参数的变化范围,节点破坏模式与矩形钢管节点不同。建议套用相应矩形钢管节点承载力计算公式,依据破坏模式来验算矩形钢管混凝土X型节点的受拉和受弯承载力。     

混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点拟静力试验研究

为研究复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点的受力性能。对四种不同连接形式的8个复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验,分析了各节点的破坏形态、承载力、受剪性能、延性、耗能性能、滞回特性等。试验结果表明:试件的承载力与节点核心区的配箍率有关,对于钢梁贯通型的梁柱节点,宜加强节点核心区的箍筋配置,有利于提高试件的承载力和延性;外伸式端板连接型试件的承载力最高,但在极限荷载之后出现严重的刚度退化,耗能能力差;核心区加设箍筋的钢梁贯通型试件的承载力、延性和耗能能力均比较好,抗震性能好,能够满足工程实践的要求。     

钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁外加强环节点抗震性能试验研究

针对实际工程设计中的钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁外加强环节点,对其进行抗震性能试验研究。以3个不同外加强环形式的平面中节点的低周反复荷载试验为基础,结合有限元分析,对节点的承载力、刚度、延性、耗能能力、变形性能以及外加强环的应变分布规律进行分析。研究结果表明：不同外加强环形式的试件在梁端往复荷载作用下的破坏过程和破坏模式基本一致,试件的整体滞回性能和承载力、刚度退化规律也很相近,外加强环应变分布规律基本相同,均具有良好的承载力、延性及耗能能力。基于研究结果,对采用外加强环的钢管混凝土叠合柱-钢筋混凝土梁节点的构造措施提出了建议。     

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。     

竖向荷载下足尺半刚性连接组合框架试验研究

为研究半刚性连接组合框架在静载作用下的力学性能,进行了竖向荷载下两榀足尺的两层两跨半刚性连接组合框架试验。组合框架由H型钢柱和压型钢板混凝土组合梁组成,钢节点由焊接到钢梁端部的平端板通过螺栓与钢柱翼缘连接。为了解半刚性连接组合框架的结构性能和破坏特征,考察不同荷载水平作用下半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架结构整体性能的影响,重点分析框架整体性能、节点性能和梁性能。试验表明:平端板型组合节点为半刚性连接、部分强度节点,具有较高的强度和刚度,其极限转角可满足不小于30mrad的延性设计要求;半刚性连接和楼板的组合效应对钢框架的强度、刚度和延性有较大影响,设计时应加以考虑。试验结果可为今后半刚性连接组合框架理论研究和工程实际应用提供参考。     

损伤和残余应力对钢构件性能的影响

研究累积损伤、厚度方向和纵向残余应力对焊接组合厚板钢构件承载力和刚度的影响,对不同尺寸参数的构件的滞回性能进行了分析比较。结果表明,在静力作用下,累积损伤模型和残余应力对极限承载力的影响微小,对于刚度的影响较大,在低周往复荷载作用下,累积损伤模型和残余应力会使厚度偏大的构件滞回性能减退更加明显。所以采用合理的损伤模型和残余应力有利于正确分析焊接组合厚板钢构件的力学性能,从而增加整体结构的可靠度。