K形管板节点受弯承载力试验研究与有限元分析

为研究K形管板节点的受弯承载性能,对其进行静力试验和有限元分析。完成了5组K形管板节点足尺模型静力试验,以主管直径与主管壁厚为主要变化参数,分析参数变化时节点试件在受载过程中的响应及承载力。建立K形管板节点有限元分析模型,研究主管直径、主管壁厚和节点板长度等主要参数对节点受力性能的影响。试验和有限元分析结果表明,K形管板节点的受弯承载力随着主管直径的增大而减小、随着主管壁厚的增加而增大、随着节点板长度的增长而增大。在试验和理论分析基础上,通过数值回归方法提出了管板节点受弯承载力计算式,并验证了其适用性。     

平面K形管板节点抗弯刚度研究

对平面K形管板节点的抗弯刚度进行了有限元分析研究。利用参数分析法,重点考察了主管直径D、支主管夹角θ、主管径厚比γ、支主管直径比β、节点板厚与主管壁厚比τp、支主管壁厚比τw、支管插入板的长度与支管直径比ν等几何参数,以及主管与支管的轴向应力对节点抗弯刚度的影响。研究表明:主管与支管的相对几何关系以及轴向应力对平面K形管板节点抗弯刚度均产生影响。在大量有限元算例的基础上,采用回归分析得出了K形管板节点的抗弯刚度计算公式。     

震后火灾下内置单环加强T形圆管节点受火性能分析

为了分析火灾作用下考虑震损的内置单环加强T形相贯节点的抗火性能,开展了基于试验验证内置单环加强T形相贯节点计算模型的有限元分析。根据实际工程应用情况,考察参数支管与主管壁厚比、支管与主管的直径比、主管直径与两倍壁厚比及加强环厚度与主管壁厚比对节点抗火性能的影响,合理确定参数取值范围,利用Pushover分析法考虑地震引起的损伤,引入损伤变量,然后采用ANSYS中重启动分析方法,将地震引起的残余应力和残余变形全部传递到节点的抗火性能分析中,对不同损伤变量及不同参数下单环加强T形相贯节点的临界温度、耐火性能和失效机理进行分析。结果表明：损伤变量对内置单环加强T形圆管节点的抗火性能影响较大,节点临界温度随损伤变量的增大而大幅减小;支管与主管壁厚比对内置单环加强T形圆管节点的抗火性能影响效果不明显;随着支管与主管的直径比和加强环厚度与主管壁厚比的增大,内置单环加强T形圆管节点的临界温度呈下降趋势;随着主管直径与两倍壁厚比的增大,内置单环加强T形圆管节点的临界温度有较明显的上升趋势。     

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。     

钢管塔架K型加肋节点的承载力分析

通过试验对1/4加肋K型钢管插板连接节点的极限承载力进行了研究,同时借助有限元分析了主管壁厚,环板宽度和厚度以及不同加肋方式对节点极限承载力的影响。在此基础上根据试验和有限元结果以及节点的破坏模式提出了适用于估算此类节点极限承载力的极限分析模型和建议公式。结果表明:加肋K型钢管插板连接节点的承载力受主管壁厚和环板宽度和厚度的影响较大,且分主管控制和环板控制2种情况来讨论。采用的四铰破坏机理和五铰破坏机理极限分析模型能较好的反映此类节点的受力性能。     

鞍板和环板加劲K形相贯节点承载力试验研究

为研究采用节点板、鞍板、环板加劲的K形相贯节点的受力特性,设计并制作了11个节点试件开展比例加载试验研究,得到其变形、应力分布及破坏模式等受力性能。利用经试验验证的有限元模型,分析了加劲组件和钢管参数对该类加劲相贯节点承载力的影响,并给出了受荷节点的力学模型。有限元分析和试验结果表明,该节点表现出无加劲相贯节点和带鞍板的管-板节点的受力特征,加劲构造能有效提高节点承载力。参数敏感性分析结果表明,增加支管和主管直径比、主管厚度、节点板长度和扇形鞍板圆心角可提高节点极限承载力。给出了极限承载力简化计算方法,计算结果和有限元分析及试验结果吻合较好。     

半刚性冷弯薄壁C形钢框架抗震性能

针对采用半刚性节点连接的双肢冷弯薄壁C形钢框架,采用拟静力试验与有限元模拟相结合的方法,对9榀双层单跨框架进行抗震性能分析。分析了节点螺栓直径、节点板厚度、螺栓间距及节点板加腋大小等参数对框架抗震性能的影响。结果表明:增大螺栓直径、增加节点板厚度和节点板加腋均能提高框架的承载力,改善框架的抗震性能。当螺栓间距小于80mm时,框架的承载力及抗震性能随间距的增大而增大;当螺栓间距大于80mm时,承载力及抗震性能受其影响较小。使用8.8级M16高强度螺栓,框架节点板产生了较大的滑移,建议在框架设计时应对节点螺栓的抗剪承载力进行验算。     

管板节点受力性能的数值分析

管板节点是近年来工业及民用建筑中常用的节点形式,但目前对其受力性能的研究还不够深入,尤其是缺少用于工程设计的承载力设计方法.本文首先根据已完成的20组足尺寸管板节点的试验结果建立了相应的有限元分析模型,并参照试验结果对有限元模型进行了对比修正.其次通过对有限元模型进行大量的参数分析,得出管板节点在主要影响参数不断的变化过程中其承载能力的变化特征.最后根据有限元的分析结果回归出了在主管直径、主管壁厚、节点板长度等主要参数变化过程中的管板节点极限承载性能的建议公式,并对其适用性进行了验证分析.     

N形主方支圆钢管间隙节点受力性能研究

为研究N形主方支圆钢管间隙节点的静力性能及其与搭接节点受力性能的关系,对2个N形主方支圆钢管间隙节点和2个对应的搭接节点进行了节点承载力试验研究。试验表明：间隙节点的承载力低于相同管径的搭接节点,4个节点的主管均出现了明显的塑性变形,支管较小的2个节点其支管也发生了局部屈曲,试件破坏时间隙节点的主管壁相对变形比相应的搭接节点要大。以试验为基础,建立了N形主方支圆钢管间隙节点的有限元分析模型,对不同支管直径与主管宽度比、主管宽度与壁厚比、支管与主管的壁厚比、主管轴力及支管间隙的节点进行了有限元分析。研究表明：支管全截面屈服破坏(BMF)、主管壁局部塑性破坏(CP)和支管局部屈曲与主管壁局部塑性破坏的联合破坏(BLB+CP)是N形主方支圆钢管间隙节点的主要破坏模式;支管直径与主管宽度比、主管宽度与壁厚比、支管与主管的壁厚比、主管轴力对N形主方支圆钢管间隙节点承载力的影响与对搭接节点的影响具有类似的规律;支管间隙大小对N形主方支圆钢管间隙节点承载力的影响不容忽视。利用线性回归方法,在GB 50017—2017《钢结构设计标准》现有承载力计算公式基础上,拟合出了考虑相关影响因素的承载力修正计算...     

T形钢管混凝土插板连接节点受弯性能研究

采用精细化有限元分析方法对T形钢管混凝土插拔连接节点的平面内受弯性能进行了研究.首先通过与试验结果进行对比,验证了精细化有限元模型的正确性和准确性.在此基础上研究了主管壁厚、支管壁厚、主管形式和混凝土强度对节点破坏模式和承载力的影响.结果表明,钢管混凝土插板连接节点的破坏模式和钢管插板连接节点不同,为主管冲剪破坏和支管...     

可调节误差套筒节点受力性能有限元分析

针对中小跨度单层空间网格结构,提出可调节误差的套筒节点,该节点通过螺纹连接,可重复拆卸与拼装,且能够进行角度误差和长度误差调节,便于安装施工。为研究该类节点的受力性能,基于ANSYS建立节点实体模型,对其进行受拉、受压和受弯有限元分析,考察节点各部件的受力状态和破坏机理。通过参数分析,研究节点焊接球壁厚、接头壁厚、套筒壁厚、内外衬环壁厚和接头间隙等对其承载力的影响规律。研究结果表明：节点薄弱区位于内外衬环连接处;随着焊接球壁厚的增大,节点的受拉、受压及受弯承载力均逐渐增大;接头壁厚增大,节点各项承载力均逐渐增大,但当壁厚增大至接头半径的1/2后,节点承载力基本不变;增大套筒壁厚,节点承载力逐渐增大,但增幅会逐渐减缓;内外衬环最小壁厚对节点的刚度和承载力影响较小;接头间隙的存在对节点的各项承载力和刚度影响较小。     

超高压变电构架钢管混凝土Y型相贯节点平面内受弯性能研究

以国内首例采用钢管混凝土的750kV超高压变电构架工程为背景,设计了3个1:2缩尺、主管灌注混凝土的Y型相贯节点试件,其中包括2个采用不同加强方式(即瓦形板、外套筒加强)和1个作为对比的无加强节点试件,并对其进行了平面内受弯性能试验。试验结果表明：相比无加强节点,采用的2种加强节点的最终破坏形态均为支管失效破坏,均符合“强柱弱梁”的设计原则;节点的转动刚度和受弯承载力均显著提高,平面内转动刚度均可达到欧洲规范规定的刚性节点要求,且平面内受弯承载力基本可以达到支管全截面塑性时的弯矩值。此外,对节点的有限元分析表明：主管轴压比、瓦形板长度和宽度对节点刚度和承载力影响较小,而瓦形板厚度对此影响较为显著。     

薄壁圆钢管的节点力学性能研究

对薄壁圆钢管节点力学性能展开研究,通过受压试验对薄壁圆钢管受力过程进行分析,得出其受力变形分为弹性形变、屈服阶段、突变阶段,决定薄壁圆钢管结构性能的关键因素在于其节点。进行薄壁圆钢管T型构件板接节点受拉承载作用研究并进行试验对比,轴拉荷载作用下剪切应力分布均匀,板接节点的荷载偏心距对受弯承载力有重大影响,点板厚度和主管直径对其承受荷载能力影响不大,在此基础上得出其工程应用的一般计算式。     

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。     

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。     

钢管混凝土加劲环管板节点受力性能研究

为研究钢管混凝土加劲环管板节点在轴向拉力作用下的受力性能,开展了3个节点试件的单调加载试验,分别得到了管板节点加强前后的荷载-位移曲线和破坏模式。试验结果表明：SPR节点在单调荷载作用下主管和加劲环发生局部屈曲,表现为延性破坏;CFT节点在荷载作用下主管壁发生剪切破坏,荷载-位移曲线没有明显的屈服段,表现为脆性破坏;CFTR节点在荷载作用下,连接板处加劲环发生剪切破坏,同时加劲环局部V形屈曲;加劲环能够明显提高管板节点的承载力,同时改善节点的塑性性能;相较于主管外设加劲环,主管内部填充混凝土具有更好的承载力提升效果,节点的刚度变大但塑性性能变差;钢管混凝土加劲环管板节点具有加劲环和混凝土的双重特性,在显著提高节点承载力的同时保障节点塑性性能。在264个有限元模型参数分析的基础上,得到了双加劲环管板节点受拉承载力的计算方法,给出了加劲环厚度和宽度组合的设计建议。基于极限分析的塑性铰线方法,推导出SP节点和SPR节点极限承载力的理论计算模型,计算结果与有限元结果吻合较好。     

考虑半刚性的耐候钢角钢K形节点抗弯性能有限元分析

耐候钢角钢K形节点是输电铁塔中的重要节点,其受力性能直接影响耐候钢输电铁塔的承载能力。以输电塔角钢K形节点的试验数据为依据,通过增大有限元模型单元接触面摩擦系数以及螺栓与螺栓孔的间距来反映钢材的耐候钢电化学腐蚀特性。以能够与试验现象和试验数据拟合良好的有限元模型为基础,分析螺栓直径、螺栓间距、主角钢厚度、主角钢肢宽、偏心距和节点板厚度的变化对耐候钢角钢K形节点抗弯性能的影响。研究结果表明：螺栓直径和螺栓间距对节点抗弯性能的影响最大,与螺栓直径为16 mm时相比,螺栓直径为18 mm、20 mm和22 mm时节点承载力的增幅分别为28%、52%和64%;与螺栓间距为70 mm时相比,螺栓间距为80 mm、90 mm和100 mm时节点承载力的增幅分别为8.46%、17.85%和34.28%。主角钢厚度和主角钢肢宽对节点抗弯性能影响有限,偏心距和节点板厚度对节点抗弯性能影响不大。     

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。     

圆钢管-板相贯节点在板轴力作用下的传力研究

通过实体单元有限元计算获得T形、十字形圆钢管-板节点从鞍点到冠点的应力分布曲线,研究板轴力作用下管与板间的传力特性。根据有限元计算结果分析了主管直径、主管径厚比、板宽与主管直径比(宽径比)、板厚度与管壁厚之比(厚度比)、板平面与管平面的夹角(板管夹角)对弹性受力状态下的T形节点相贯线附近的应力分布、内力分布的影响,对比分析了T形与十字形节点的应力分布曲线、弹性状态与极限状态的内力分布。研究结果表明:径厚比对应力分布曲线及内力分布的影响较大,而厚度比的影响较小,十字形节点比T形节点进一步加剧了内力向鞍点附近集中,极限承载状态时,节点鞍点区承担板传来总内力的约60%、近鞍区承担总内力的约20%。     

X形圆管斜插板节点轴压性能试验研究

对10个X形圆管斜插板节点试件在插板轴压力作用下的承载性能进行单调加载试验研究。以插板厚度和插板平面与圆管轴线平面之间夹角为变化参数进行节点轴压性能试验,研究了X形圆管斜插板节点在插板轴压力作用下的破坏模式,分析了荷载-端板位移曲线,节点区域应变强度分布,以及插板相对厚度（插板与圆管厚度比值）、插板平面与管轴线之间夹角对节点轴向承载力和延性的影响。试验结果表明：当插板相对厚度较小时（取值为0.89）,夹角基本不影响圆管斜插板节点的承载力;插板相对厚度较大时（取值为1.33）,随着夹角增大圆管斜插板节点的轴压承载力呈逐渐增大的趋势;随着插板相对厚度的增大,轴压承载力增大;薄插板（插板厚度为4 mm）节点试件的大多数测点保持弹性;而厚插板（插板厚度为6 mm）节点试件的大多数测点进入塑性状态;插板相对比较薄的情况下,IIW规范的计算值偏于不安全;插板相对较厚时,IIW规范计算结果偏于安全。