中石油大厦斜交网格X型节点试验研究

为了解斜交网格中X型节点的受力性能,进行相似比为1∶5的4个X型节点模型试验,并利用ABAQUS软件开展对应的数值模拟分析,试验的主要参数为试件节点区体积配箍率和加载方式。试验结果与数值模拟一致表明:加载过程中,节点区变形不显著,达到极限荷载时刻,试件突然破坏,显然X型节点的破坏方式属于脆性破坏。其次,等值加载与差值加载两种不同加载方式对节点极限荷载的影响较小,实际结构存在的差值受载方式对节点产生的不利作用可以忽略。提高X型节点区的体积配箍率可减小节点区横向膨胀变形,且在保证节点区最小体积配箍率大于1.44%的前提下,斜柱将先于节点区破坏,节点区将能有效传递斜柱内力,起到良好的联结作用,满足"强节点,弱柱"的要求。     

斜交网格筒体超高层结构DK形混凝土节点试验研究

斜交网格筒体结构体系在矩形平面超高层结构中应用较少,其中矩形平面角部混凝土节点(DK形混凝土节点)设计难度较大,为此对其开展模型试验研究,模型相似比为1∶5,同时采用ABAQUS软件对其进行数值模拟对比分析。试验和数值分析结果均表明,DK形混凝土节点总是在加载端和斜柱相交区率先出现裂缝,并逐渐扩展;斜柱相交区间的应力集中现象严重。在极限荷载作用下,DK形混凝土节点具有突然脆性破坏特征,且提高体积配箍率可有效减小其横向膨胀变形。差值加载和等值加载模式下DK形混凝土节点的极限承载力无明显差异,因此设计中可忽略DK形混凝土节点不均匀受力的不利影响。保证DK形混凝土节点区最小体积配箍率大于1.57%的前提下,即使对斜柱适当补强,斜柱仍会先于节点区破坏,可见DK形混凝土节点的设计方案可保证强节点效应。后续工程实践表明,DK形混凝土节点很好地满足了建筑效果和受力要求。     

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。     

交叉斜柱转换节点受力性能试验研究

为研究三柱变两柱交叉斜柱钢结构转换节点的受力性能,对2个相同的转换节点试件进行竖向力和水平力等比例静力加载试验,对节点的承载力、刚度、延性、传力机制进行研究。结果表明:节点在竖向力和平面外水平力作用下承载能力高、延性好,可靠性较高。加载过程中没有出现焊缝开裂的情况,说明腹板数量变化时,使用Y形连接件可避免焊缝过于集中,保证焊接质量。建立相应的有限元分析模型,分析结果表明,水平荷载比例和加载偏心是影响节点变形的主要因素。各竖向板件可协同受力,加载后期细腰附近局部受力由受压力状态转为平面应力状态,水平板件主要承担拉应力。     

双向荷载作用下方钢管混凝土柱-组合梁空间节点抗震性能试验研究

完成3个方钢管混凝土柱-组合梁空间节点模型的抗震性能试验,重点研究不同加载路径下空间组合节点的受力特征、滞回性能和破坏机理,比较平面加载组合节点和空间加载组合节点的受力特征,分析双向加载作用的耦合关系。结果表明,双向受力对钢管混凝土柱-组合梁节点的承载力、变形、延性以及刚度、强度退化等性能有较大影响;与平面内加载的组合节点相比,双向加载条件下空间组合节点的承载力最多可降低20%,延性降低10%;由于双向荷载的相关作用,梁变形在总变形中所占的比例有所降低,而柱变形及节点域剪切变形所占的比例增大,在节点核心区受剪设计时应考虑双向受力的不利影响。     

空间网架结构钢管混凝土柱节点力学性能足尺试验及分析

采用足尺试验与数值仿真相结合的方法研究空间网架结构中的钢管混凝土柱节点的受力及抗震性能。试验荷载逐级加载到设计荷载的1.6倍并观测柱节点的变形与应力。试验结果表明试验荷载下柱节点钢结构部分基本处于弹性状态,混凝土极小部分区域超出压应力极限,钢管与混凝土粘接良好。非线性有限元分析结果揭示了柱节点在低周往复荷载作用下的滞回耗能能力和破坏特征,指出了柱节点承载的薄弱位置,给出了柱节点的极限承载力。结果表明,足尺试验与数值计算相结合的方法可以全面揭示柱节点的受力特性及抗震性能。     

钢管混凝土柱巨型交叉节点受力性能研究

在一超高层结构工程中,外框架采用了焊接钢管混凝土边柱和夹角为12°的斜柱交叉形成高达6层且与6层楼面梁相接的巨型交叉节点,该节点构造复杂。节点边柱的轴向荷载不平衡在节点处产生剪力,同时,由于斜柱承受的轴向荷载巨大,该巨型节点受力复杂。为研究该节点的受力性能,对其进行了大比例模型加载试验。试验在最不利工况（1.2×重力荷载+1.3×设防地震作用）下： 1) 在设计荷载作用下节点试件整体仍然处于弹性工作状态; 2) 增大边柱不平衡力,对节点试件的平面内侧移有一定的影响,而对平面外变形基本没影响; 3) 对斜柱轴向荷载进行卸载,将节点由压剪转换至更不利的拉剪受力状态,节点未破坏; 4) 施加斜柱轴向荷载超过设计承载力的2倍,节点试件最终在斜柱两端出现局部鼓起而发生破坏,说明该交叉节点的设计符合我国规范“强节点弱构件”的设计原则。在整个加载过程中,节点区域并未产生剪切破坏面,钢管内部设置的纵向内隔板和加劲环板使得钢管与混凝土协同工作,节点构造合理。通过合理的简化,对该节点试件进行了三维非线性有限元分析,其荷载 变形曲线以及破坏模式与试验结果吻合良好。     

反复荷载下钢管单插板T型节点承载力特性试验及模拟

结构简单、安装便捷及传力明确的钢管单插板T型节点已广泛应用于特高压及大跨越输电塔等钢管结构,节点设计基本仅限于单调受力强度,而未考虑反复荷载下承载力特性。开展2个不同主管规格单插板T型节点反复加载试验,考察反复荷载作用下单插板节点的承载力–变形滞回特性、破坏模式及影响因素。加载初期T型单插板节点承载力–位移呈线性关系,滞回环所围面积很小,耗能不明显;当达到屈服承载力后节点受压承载力增长缓慢,受拉承载力增长较快,T型单插板节点滞回环所围面积明显增大并较为饱满,呈现出良好的耗能特性;由于节点板与钢管焊接处钢管反复内凹外凸,塑性变形较大,加载结束时主管沿节点板焊缝边发生局部屈曲破坏。开展反复加载承载力特性的数值分析,承载力–变形特性与试验结果接近,非线性模拟分析揭示了反复荷载下单插板节点荷载–变形滞回特性。通过对节点拉压承载力的理论分析,提出合理的设计建议。     

预应力装配式异形柱节点受力性能试验研究

通过对预应力装配式异形柱节点和现浇节点的低周反复加载对比试验,从滞回性能、耗能、承载力、刚度、变形等多方面进行分析,了解其受力与抗震性能。试验表明,预应力装配式异形柱节点完全能满足承载力和刚度要求,耗能理想,且节点破坏小,延性和变形恢复能力更佳。     

型钢混凝土十形截面柱-梁平面与空间节点滞回性能试验研究

为了研究型钢混凝土十形截面柱-梁框架节点在平面受力与空间受力状态下受低周循环荷载作用的滞回性能,以柱截面配钢形式和水平加载角度为变化参数,进行了4个平面和3个空间十形截面柱-梁节点的低周反复加载试验。比较研究了两类节点在破坏形态、滞回曲线、承载能力、耗能能力及变形延性等抗震性能指标上的差异。研究结果表明:型钢混凝土十形截面柱平面节点主要发生核心区混凝土的剪切斜压破坏,垂直于加载方向左右两侧的柱肢对斜裂缝的发展有一定的抑制作用,而空间节点则发生核心区混凝土剪切斜压伴随黏结裂缝的破坏模式;与平面节点相比,空间节点的滞回环饱满,延性和耗能能力更大,但其承载力有所下降。基于试验与理论分析结果建立型钢混凝土十形截面柱-梁平面与空间节点的受剪承载力计算式,其计算结果与试验结果吻合较好。