平面K型圆钢管搭接节点有限元参数分析与极限承载力计算公式

以平面K型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,从节点极限承载力、变形过程和破坏模式等方面对搭接节点的非线性有限元建模方法进行了校验。重点考察了贯通腹杆受压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、腹杆搭接顺序变化、内隐蔽部分焊接与否对各类搭接节点性能的影响。有限元参数分析结果表明,腹弦杆壁厚比的变化对搭接节点的破坏模式和承载性能影响较大;内隐蔽部分未焊接对贯通腹杆受压的节点极限承载力影响很小,但对贯通腹杆受拉的节点极限承载力影响很大。最后,在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搭接节点的极限承载力计算公式;该公式与试验结果吻合良好,且具有较好的适用性。     

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。     

平面K型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究

对平面K型圆钢管搭接节点的静力性能进行了静力单调加载的试验研究。实施了7个内隐蔽部分不焊接节点和3个内隐蔽部分焊接节点的试验。本文介绍了节点试验方案,考察了搭接节点的受力性能和破坏模式,并对内隐蔽部分焊接与否、焊脚尺寸、节点处集中荷载幅值以及腹杆搭接顺序对节点极限承载力的影响进行了讨论。试验研究结果表明,贯通腹杆受压时内隐蔽部分焊接与否虽然对节点的破坏模式和应力分布有一定的影响,但是对节点极限承载力影响较小;当腹杆与弦杆的壁厚相对值变小后,由于传力不均匀导致的腹杆局部破坏将成为主要破坏模式,而这一因素和所导致的承载力降低在既有的规范公式中尚未有相应的反映。     

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。     

空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点有限元参数分析与极限承载力计算公式

空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点以承载力高、搭接率小以及空间交汇杆件较少的优势应用于空间钢管桁架结构体系。本文采用ANSYS程序中8节点Solid45实体单元对平面和空间圆钢管搭接节点试件进行了非线性有限元分析。在破坏模式、变形过程以及节点极限承载力方面将有限元计算与已有试验结果进行比较,证明运用实体有限元分析法求解节点的极限承载力是一种有效的方法。有限元参数分析重点考察了几何参数和弦杆轴向应力对空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点极限承载力的影响。在现有钢结构设计规范的基础上,通过对数值结果的回归分析,得到了该类搭接节点的极限承载力计算公式。研究结果表明:未加劲KK型双弦杆节点的极限承载力略低于未加劲K型单弦杆节点极限承载力,内加劲KK型双弦杆节点的极限承载力明显低于内加劲K型节点极限承载力;内加劲板对平面K型圆钢管搭接节点极限承载力可以起到很好的提高作用,但对空间KK型节点极限承载力提高并不明显。     

Parametric analysis and design equation of ultimate capacity for unstiffened overlapped CHS K-joints

A finite element model simulating an experiment on unstiffened, overlapped circular hollow structure (CHS) K-joints was generated and validated by comparing the ultimate capacities, deformation processes and failure modes of the experimental results. Using this model, the stress distribution, propagation of plasticity and the failure modes of overlapped joints with through-brace-in-compression and welded hidden seams were analyzed. The effect of geometric parameters, with or without hidden welds, and the loading hierarchy reversal of braces on the ultimate capacity of the joints were also studied. The results of finite element parametric analysis indicate that the brace-to-chord thickness ratio has relatively large effects on the failure mechanism and ultimate capacity of overlapped joints. It was also found that the absence of hidden welds has less significance on the ultimate capacity of through-brace-in-compression joints than through-brace-in tension joints. Finally, based on the design equation of gap joints, a formula predicting the ultimate capacity of overlapped CHS K-joints was derived by applying multivariate regression analysis. Results from the proposed design equation are consistent with experimental results.     

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。     

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。     

不同焊接方式下钢管桁架KK型搭接节点有限元分析

KK型圆钢管搭接节点,搭接处隐藏焊缝焊接与否的问题,现行钢结构设计规范(GB50017-2003)未作明确要求.本文利用ANSYS非线性有限元法,分析了搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下,搭接节点的支主管管径比β、径厚比γ、支主管厚度比τ对节点极限承载力的影响.同时分析了在低周往复荷载作用下,搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种焊接方式下的滞回性能,并给出了滞回曲线.搭接节点不论对角支管相贯通还是一侧支管贯通,隐藏焊缝焊与不焊对节点最终破坏模式影响不大,对节点承载能力的影响也不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点滞回性能优于隐藏焊缝焊接节点.实际工程中隐藏焊缝可以不焊接.     

X形圆钢管相贯节点平面外受弯滞回模型研究

采用数值分析方法对X形圆钢管相贯节点的平面外受弯滞回模型进行研究。针对影响节点性能的主要几何参数,建立206个已校验的有限元模型进行参数分析,通过多元回归技术得出基于Menegotto-Pinto方程的节点平面外弯矩-转角曲线方程,以及平面外受弯滞回模型,经比较,与数值分析结果吻合较好。通过一个单层网格结构算例,验证了滞回模型的准确性和有效性。     

苏州国际博览中心屋盖结构分析和并联K形圆钢管相贯节点研究

本文介绍了苏州国际博览中心大跨变高度立体管桁架屋盖结构整体性能分析和并联K形圆钢管相贯节点的大比例试验及非线性有限元分析。分析表明以下弦双钢管为特征的倒梯形立体管桁架的动力特性非常理想;将部分支座改为可滑移支座能有效减小大面积屋盖的温度内力,同时也有利于减小结构的地震反应;考虑大跨结构P-δ效应,对桁架上下弦杆的影响较明显,对腹杆的影响相当小。并联K形圆钢管相贯节点试验和有限元分析结果表明这种节点在正常使用状态下带一定范围塑性区工作是安全的,且具有较高承载能力和较好的延性;其破坏模式不同于平面K形节点,连系支管能起到有效的约束作用并影响到主管壁上的应力分布和发展。研究成果为这种规范尚未涵盖的空间相贯节点的设计提供了可靠依据。     

空间KK形圆管搭接节点静力性能试验研究与有限元分析

以上海旗忠网球中心为工程背景,对平面内外均搭接的空间KK形圆管节点（空间KK-Ov形节点）的静力性能进行了静力单调加载的试验研究和有限元非线性分析。详细介绍了节点试验方案,分析了搭接节点的受力性能、破坏模式、荷载-位移曲线及应变变化规律。在此基础上,建立了非线性有限元分析模型,对节点试验进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好。试验结果和有限元分析表明：空间KK-Ov形节点在发生承载力破坏时,常伴随有受拉腹杆与弦杆连接焊缝的开裂;四根腹杆交错搭接的构造,使得空间KK-Ov形节点具有明显区别于间隙节点破坏时管壁局部变形的特征,两受压腹杆之间的弦杆管壁在腹杆压力作用凹陷与腹杆局部屈曲是该类节点的主要破坏模式;平面外两腹杆搭接率ζ_t对节点承载力有一定影响,随平面外两腹杆搭接率的增大（即ζ_t绝对值变大）,节点承载力将会减小。现行规范公式用于计算空间KK-Ov形节点承载力,既未考虑单K平面内搭接的影响,亦未考虑空间参数变化的影响,计算结果较试验结果偏于保守。     

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。     

空间KK形圆管搭接节点承载力计算公式改进研究

在揭示国内外现行规范公式和目前研究对于平面内外均搭接的空间KK形节点（KK-Ov形节点）中存在的诸多不足的基础上,对影响节点承载力的因素进行了分析,确定了空间调整系数μ_KK的主要影响参数,并采用多元非线性回归分析,提出了μ_KK的函数关系并进行了校验;进而提出了空间KK-Ov形节点的承载力设计值建议式,并与试验数据和有限元分析数据比较,以及与现有规范公式横向比较评价。结果表明：建立在空间圆管KK形间隙试验节点基础上的现有规范公式不适于计算4根腹杆交错搭接的空间圆管KK-Ov形节点;空间调整系数μ_KK的主要影响参数为弦杆的径厚比γ和平面外两腹杆搭接率ζt,回归的函数表达式可以较好地反映空间参数变化对节点承载力的影响;提出的建议式为在平面K形节点承载力基础上乘以μ_KK,公式具有较高精度和可靠性,可以用于空间KK-Ov形圆管节点的承载力设计。     

空间钢管-板XX型节点静力性能参数分析

采用计算机模拟仿真方法,对空间钢管-板XX型节点进行参数分析。研究了不同的支管加载比例、几何参数和主管应力比对空间钢管-板XX型节点的破坏模式和极限承载力的影响。结果表明:节点板间的夹角不同时,支管加载比例对节点极限承载力的影响规律有很大差异;主管应力比无论正负均会引起节点极限承载力的降低。在此基础上,通过对数值结果的回归分析,考虑了节点板间的夹角和支管加载比例的空间影响效应,提出适用于该类节点的极限承载力公式。     

张弦网壳结构的弹塑性极限承载力及参数分析

张弦结构是近年来大跨度空间结构发展的主要结构形式之一.应用非线性有限元方法,对构件主次分布、以弯曲变形为主的张弦网壳结构进行弹塑性极限承载力分析,并分析荷载非对称分布、撑杆高度、预应力大小对结构极限承载力的影响规律,对结构设计提出建议,所得结论对同类结构的分析和设计具有指导意义.     

钢筋混凝土梁极限承载力分析

根据分层有限元的基本原理和计算假设，编制了钢筋混凝土梁极限承载力分析的有限元程序，并对两个钢筋混凝土模型梁进行了分析，结果表明：分层有限元法是一种很好的计算钢筋混凝土梁极限承载力的分析方法。     

广西体育场空间相贯节点试验研究

为考察构造复杂的广西体育馆多支管相贯节点的受力性能和极限承载力,对4个试件的1：2．5缩尺模型进行试验,同时对K形插板加劲节点进行有限元分析。试验结果表明,试件的承载力都能达到设计荷载水平的2倍以上,且节点区无宏观破坏现象。试验结果和有限元分析结果证明,节点区管件加厚和设置插板等加强措施是有效的。     

三维地基极限承载力的数值极限分析

根据塑性下限定理,借助有限元技术,建立了极限承载力三维情况下的锥形规划形式。采用原-对偶内点法求解非线性规划问题,基于相应的理论计算框架,构造满足条件的静态容许应力场。该方法克服了屈服函数的线性化或光滑近似;利用对偶性,在求解下限解的同时获得对偶命题(上限)的解。与矩形基础地基极限承载力解析结果比较,精度和准确性有了较大提高;对刚、柔性基础下的地基极限承载力的特性也作了探讨。数值极限分析为计算矩形地基的极限承载力提供了一种简便有效的方法。     

Q460高强钢焊接箱形柱轴心受压极限承载力参数分析

为研究现有钢结构设计规范是否仍适用于高强钢中厚板焊接箱形柱的设计,对Q460钢轴心受压柱的极限承载力进行了参数分析。采用数值积分法,并与有限元程序ANSYS的数值计算结果作进行对比。数值模型考虑了1/1 000柱长的初始弯曲及由相应截面尺寸残余应力试验提出的残余应力分布简化模型。试件的主要参数为截面宽厚比（7.8~17.2）与柱长细比（10~130）。计算结果表明：考虑相同初始缺陷的有限单元法与数值积分法所得计算结果吻合较好;与普通强度钢柱相比,初始几何缺陷对高强钢焊接箱形柱的极限承载力影响降低,柱的稳定系数提高;残余应力降低柱的稳定系数,但其影响效应随长细比变化。参数分析结果与现有规范计算结果对比表明,中厚板Q460高强钢焊接箱形柱,当宽厚比b/t≤20时,可采用高于普通强度钢柱的b类柱子曲线。