圆钢管混凝土桁架K形节点极限承载力计算方法研究

圆钢管桁架在主管内填筑混凝土,可有效提高其承载力。为了获得圆钢管混凝土桁架K形节点受力性能和承载力计算方法,研究了在受拉或受压支管处K形节点的失效模式和破坏机理;基于圆钢管混凝土K形节点在不同失效模式下的破坏机理和受力状态,分别对支管截面形式为圆形或矩(方)形的圆钢管混凝土K形节点建立合理的简化计算模型,推导出不同失效模式下K形节点极限承载力计算公式,并给出相应的极限承载力建议公式。试验验证了圆钢管混凝土K形节点的试验值与计算值吻合较好,研究表明圆钢管混凝土K形节点的极限承载力计算公式的准确性,可应用于圆钢管混凝土桁架结构计算和设计,也为相关标准建立和完善提供理论依据。     

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。     

钢管混凝土K形节点应力集中系数计算方法

以钢管混凝土K形(CFST-K)节点为研究对象,进行了7个CFST-K形节点和1个钢管K形(ST-K)节点足尺模型试验和实体有限元分析;分析了现有CFST-K形节点应力集中系数的适用性;基于管内混凝土约束作用对CFST-K形节点变形形态的影响,提出了CFST K形节点应力集中系数的缓解系数,并采用理论分析方法推导得到考虑管内混凝土约束作用的CFST-K形节点应力集中系数计算方法。结果表明：CFST-K形节点的最大应力集中系数均出现在受拉支管与主管相贯焊缝靠近主管侧冠点位置;CFST-K形节点应力集中系数与壁厚比呈正相关关系,而径厚比与管径比对CFST-K形节点应力集中系数影响较小;CFST-K形和ST-K形节点最大应力集中系数分别为3.98和6.08,管内混凝土能使CFST-K形节点应力集中系数下降约34.5%。现有CFST-K形和ST-K形节点应力集中系数计算方法未能充分考虑管内混凝土约束作用对CFST-K形节点应力集中系数的影响,且未考虑几何参数之间的耦合关系,采用其进行CFST-K形节点应力集中系数计算时精度较低;所提出的考虑管内混凝土约束作用的CFST-K形节点应力集中系数计算方法可将计算误差由现有计算方法的58.0%降低至19.6%。     

矩形钢管混凝土桁架节点应力集中特性试验研究

为研究矩形钢管混凝土桁梁桥节点的疲劳性能,开展两榀矩形钢管混凝土组合桁架节段三点弯曲试验,对试件中的K形节点应力集中系数进行测试和分析,同时,基于试验结果,对既有K形节点应力集中系数计算公式的适用性进行分析。结果表明：相比普通钢筋混凝土桥面板和传统剪力钉的构造措施,采用预应力混凝土桥面板和局部释放剪切作用的剪力钉可提高混凝土桥面板开裂荷载,但是对于桁梁承载力基本没影响;两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点腹杆表面热点应力水平基本相当,最大值均发生在受拉腹杆焊趾侧处,由于桥面板和剪力钉构造区别,两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点弦杆表面热点应力值不同,最大值分别发生在受拉腹杆焊趾侧处;既有K形节点应力集中系数参数计算公式适用性分析表明,Mang等建议公式计算结果偏危险,Soh等建议公式和CIDECT建议公式计算结果偏保守,Puthli等建议公式计算得到的受拉腹杆最大应力集中系数偏保守,计算得到的受压腹杆和弦杆应力集中系数偏危险,Jiang等所提建议公式计算结果与试验结果吻合最好。     

钢管桁架结构K形搭接节点抗震性能试验研究

按钢管桁架结构K形搭接节点隐藏焊缝焊接情况制作了4个足尺试件,通过对其进行拟静力试验,研究K形搭接节点内隐藏焊缝在焊与不焊情况下的试件变形、破坏模式、节点的耗能性能等。得到了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性性能、耗能能力等抗震性能指标。试验结果表明：K形搭接节点内隐藏焊缝对试件的承载能力影响不大;节点的破坏模式主要是搭接支管的变形与屈曲以及搭接支管与被搭接管、主管之间连接焊缝的破坏;隐藏焊缝不焊接节点试件的滞回耗能优于隐藏焊缝焊接的节点试件;隐藏焊缝不焊接节点试件的变形是隐藏焊缝焊接节点试件的1.1~1.2倍。     

方钢管混凝土K型节点滞回性能试验研究

对1个方钢管K型节点试件和主管填充混凝土的6个K型方钢管节点试件进行拟静力试验,以研究支管尺寸、支管间隙等参数对方钢管混凝土K型节点破坏模式和延性的影响,并与K型方钢管节点试件进行对比。主管填充混凝土的K型方钢管节点的破坏模式包括支管与主管之间的焊缝破坏、支管受拉断裂、支管鼓曲以及主管撕裂;支管间隙较大的试件更容易出现主管撕裂破坏。主管填充混凝土后,其径向刚度显著提高,支管与主管连接处的应力集中程度也有所改善,节点的屈服荷载和峰值荷载有不同程度的提高,尤其是受压循环的峰值荷载提高幅值达到60%以上。主管填充混凝土后,K型方钢管节点试件的延性以及耗能系数都有所降低。     

钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能试验

为研究钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能,对其进行疲劳试验,并与钢管K形节点疲劳性能进行比较,通过对比分析得到钢管混凝土K形节点热点应力分布规律、疲劳性能演化和疲劳破坏形式,并探讨钢管混凝土K形节点疲劳寿命评价方法。结果表明:钢管混凝土K形节点与钢管K形节点最大热点应力的位置均位于受拉支管与主管相贯焊缝主管侧冠点处,钢管混凝土K形节点的应力集中系数约可降低至钢管K形节点的58%,且热点应力宜采用二次外推方式;两者疲劳性能演化过程均可分为疲劳裂纹萌生、扩展和破坏三个阶段,钢管混凝土K形节点在扩展和破坏阶段分别以沿主管壁厚方向和相贯焊缝长度方向扩展为主,与钢管K形节点主要扩展方向相反;两者疲劳裂纹均属于张开型Ⅰ裂纹,钢管混凝土K形节点疲劳裂纹断口沿壁厚方向呈"呲牙"状,且疲劳裂纹扩展路径较长。钢管混凝土K形节点抗疲劳性能明显优于钢管K形节点的最主要原因在于,管内混凝土的约束作用提高了钢管混凝土K形节点主管的径向刚度,钢管混凝土K形节点的压陷和外凸变形远小于钢管K形节点。基于一点法原则建立的钢管混凝土K形节点疲劳设计S-N曲线具有较高精度。     

新型方钢管混凝土柱-钢梁节点分析

通过建立新型方钢管混凝土柱—钢梁节点的三维非线性有限元计算模型，分析了四种不同的外部加劲式节点的受力性能，比较了新型节点的有限元分析结果和试验结果，其有限元计算值和试验值吻合得较好。     

轻质高强方钢管轻骨料混凝土加劲X形节点构造和承载力研究

为研制轻质高强桁架节点构造及其承载力,对Q345B方钢管轻骨料混凝土加劲X形节点和基本型节点进行了静力加载试验,考察了支主管间设置加劲板和支主管内浇灌轻骨料混凝土对节点破坏模式和承载力的影响。试验结果表明：加劲节点的破坏模式有加劲板与剪压支管焊缝开裂、剪压支管翼板被加劲板拉开、剪压支管在靠近加劲板外端截面剪压破坏;基本型节点的破坏模式为支主管焊缝开裂;支主管间设置的加劲板明显推迟了节点的屈服和断裂进程,支主管内浇灌轻骨料混凝土有效防止了方钢管屈曲,显著提高了节点承载力,加劲节点的焊缝开裂荷载和极限承载力较基本型节点分别提高63.3%和18.3%。根据加劲X形节点试验破坏模式,推导了考虑加劲板应力传递和扩散效应的方钢管轻骨料混凝土加劲X形节点的加劲板与剪压支管焊缝开裂、剪压支管翼板拉开、剪压支管剪压破坏的力学计算模型和承载力计算式。建议的加劲X形节点的承载力计算式的计算误差为-27.8%～+3.7%。     

平面K型圆钢管混凝土桁架节点力学性能分析

采用有限元分析软件ABAQUS对K型圆钢管混凝土节点与空钢管节点进行计算分析,比较两者破坏形态的差别,并对K型圆钢管混凝土节点各种可能的破坏模式进行分析.在此基础上,分析支管外径与主管外径比β、支主管夹角θ、弦杆轴向压力等参数对圆钢管混凝土K型节点极限承载力的影响.     

矩形钢管混凝土桁架受压弦杆的计算长度

桁架受压弦杆受到相邻杆件的约束,其计算长度不能直接按两端铰接或两端固定杆件来取值。基于合理的假定,考虑相邻节间弦杆内力比对矩形钢管混凝土桁架受压弦杆计算长度的影响,推导出矩形钢管混凝土桁架受压弦杆屈曲的特征方程,给出相应的计算长度系数,并对不同截面的矩形钢管桁架受压弦杆进行了有限元计算。结果表明,采用计算长度系数的计算结果与有限元计算结果吻合较好,相邻弦杆的内力比对受压弦杆的计算长度影响明显,考虑相邻弦杆的内力比对计算长度的影响后,受压弦杆的计算长度系数有所减小。最后给出了便于工程应用的受压弦杆计算长度系数简化计算公式。     

方钢管混凝土框架结构的push-over分析

对一个 10层方钢管混凝土框架结构进行了push over分析 ,为方钢管混凝土框架结构的抗震性能分析提供了参考数据。在此基础上与钢筋混凝土框架结构的push over分析结果进行了对比研究 ,从理论上比较了两种结构的动力特性。     

pushover分析方法及其在方钢管混凝土框架结构中的应用

简介了pushover分析方法,采用ETABS结构分析软件对一榀单跨两层方钢管混凝土框架结构进行了pushover分析。计算结果与试验结果的对比表明,pushover分析能够确定结构的破坏机制,判断结构最先破坏的薄弱环节,pushover分析得到的基底剪力-顶点位移曲线与试验结果较吻合,P-△效应对pushover分析影响较大。     

钢管混凝土结构的发展和展望

钢管混凝土结构由于具有一系列优点,近年来在国内外的研究和应用取得了令人瞩目的成果。介绍了钢管混凝土结构的特点,论述了钢管混凝土在国内外的发展现状,探讨了钢管混凝土结构的发展前景。     

大跨钢管混凝土拱桥施工过程中的稳定性分析

北方某钢管混凝土拱桥由于跨径较大,其稳定性是该桥施工过程中的关键问题之一。采用AN-SYS软件对该桥建立有限元模型,并用子空间迭代法对结构进行施工过程中的稳定性分析,得到了结构的稳定系数和振型。计算结果对该拱桥的施工监测、评估具有一定的参考价值。     

圆钢管混凝土柱轴心受压承载力计算分析

本文对钢管混凝土柱的形式、影响钢管混凝土柱承载力的因素行了分析,简要介绍钢管混凝土柱承载力计算公式的四种理论,并对各国规范计算轴心受压柱公式进行验证比较,结果表明各国规范尽管公式在形式上有所区别,但考虑因素都大同小异,计算结果偏差不大。     

长期荷载作用对矩形钢管混凝土轴心受压柱力学性能的影响研究

考虑长期荷载作用效应的影响 ,进行了矩形截面钢管混凝土 (以下简称矩形钢管混凝土 )轴心受压构件变形和承载力的试验研究。基于美国混凝土学会 (ACI 1992 )提供的混凝土徐变和收缩模型 ,对长期荷载作用下矩形钢管混凝土构件的变形进行了计算 ,理论结果和试验结果吻合较好。利用数值方法分析了考虑长期荷载作用影响时 ,矩形钢管混凝土轴心受压柱的荷载 -变形关系曲线 ,理论计算曲线和试验曲线基本吻合。在系统分析了长细比、截面含钢率、钢材种类和混凝土强度等因素影响的基础上 ,提出了考虑长期荷载作用影响时矩形钢管混凝土轴心受压柱承载力的简化计算公式     

钢管混凝土结构研究新进展——《空心钢管混凝土结构设计技术规程》简介

铜管混凝土结构具有性能优越和节省钢材等优点,已在高层建筑、工业厂房和一些构架中得到广泛的推广应用。除实心钢管混凝土构件外,出现了空心钢管混凝土构件。在截面形式上,除圆形和方形外,又出现了八边形和多边形。为了适应工程需要,作者主编了CECS《空心钢管混凝土结构设计技术规程》。规程的特点是要求适用于各种截面形式的构件设计,因而采用了《钢管混凝土结构统一理论》中的统一设计公式。这也为未来把各种钢管混凝土结构制定到一本规范奠定了基础。     

方钢管混凝土柱承载力公式研究

从方钢管混凝土柱的约束特点出发,将核心混凝土划分为强约束区和弱约束区,类比配置螺旋箍筋的钢筋混凝土柱计算公式,推导出方钢管混凝土柱的承载力公式,并与已有试验结果进行比较,对比结果表明,计算值与试验值吻合较好。