支管灌混凝土平面X形圆钢管节点轴压性能试验研究

为研究支管灌混凝土X形圆钢管节点的轴压性能,对6个不同截面几何参数的支管灌混凝土X形圆钢管节点进行了单调加载试验。介绍了节点试验方案,揭示了节点破坏模式,给出了加载点荷载 端位移曲线、支管轴力-主管壁变形曲线以及节点区域折算应变分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点轴压承载力和弹性轴压刚度的影响进行了分析。试验研究结果表明：节点试件均表现出较好延性;所有试件的主管壁最大竖向变形位移都大于0.03倍主管直径,在判定该类圆钢管节点轴压承载力时应该采用极限变形准则;节点轴压承载力与弹性轴压刚度都随着β和τ的增加以及γ的减小而提高;所有试件的支管根部测点都未进入塑性且主管都是鞍点和冠点之间的中间测点首先进入塑性;在试验参数条件下,支管灌混凝土对X形圆钢管节点轴压承载力提高不明显,甚至会降低其轴压承载力。目前GB 50017-2003《钢结构设计规范》公式不能较好地计算支管灌混凝土X形圆钢管节点轴压承载力。     

主管灌混凝土平面X形圆钢管节点受压承载力试验研究

对6个不同截面几何参数主管中灌混凝土的平面X形圆钢管节点在支管轴向压力作用下的承载性能进行单调加载试验研究。描述了X形圆钢管混凝土节点破坏现象,给出了支管轴力-整体位移曲线、支管轴力-主管管壁变形曲线以及节点区域折算应变分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点承载力和抗压刚度的影响进行分析。结果表明：节点初始抗压刚度随着β、γ的增大而提高,而τ对初始抗压刚度影响很小;所有节点试件主管测点都未进入塑性,均为支管根部冠点首先进入塑性,且直到破坏时折算应变一直保持最大;主管灌混凝土使钢管节点承载力明显提高。有限元计算结果与试验结果吻合较好。     

方钢管覆板及竖向插板加强T形节点受压静力试验

为分析方钢管加强节点的轴压承载能力和破坏模式,对支管与主管宽度比β=0.4和β=0.8的两组覆板加强节点、竖向插板加强节点进行轴向静力加载试验。分析了节点破坏模式、荷载 位移曲线、主管变形及应变,以及加强节点的受压承载机理。结果表明：在支管轴向压力作用下,未加强及加强节点的变形能力都较好,试件在破坏前有充分的塑性发展;覆板及插板加强节点的受压承载能力较对应的未加强试件有显著提高,当β=0.4时加强节点的破坏模式与未加强节点一致,当β=0.8时存在节点过度加强问题,引起支管先于节点破坏;相同β下,覆板加强节点的受压承载力高于竖向插板加强节点;在主管表面屈服破坏控制的情况下,覆板加强节点的承载机理为覆板与主管上翼缘共同屈服,竖向插板加强节点的承载机理为插板扩大了主管上、下翼缘的屈服范围。     

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。     

带外加强环不等高梁-钢管混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

对4个带外加强环不等高梁钢管混凝土柱节点试件进行了循环加载和单调加载试验,试件主要变化参数为节点两侧梁高度差,取值为 0、75、 150mm。为了研究节点域的受剪承载力,对试件按“强构件,弱节点”进行设计。对于所设计的4个节点试件,其破坏分为整个节点域剪切破坏和部分节点域剪切破坏。试验结果表明：加载方式对试件节点域剪切承载力影响不大;节点试件在正反两个方向加载形成不同的破坏模式,并且在反向荷载作用下其承载力略高于其在正向荷载作用下的承载力;节点两侧梁高度差对节点域破坏形式和承载力影响显著;在整个加载过程中,所有试件节点均未出现开裂;该类节点具有很好的变形能力和稳定的耗能能力,但随着两侧梁高度差的增加,耗能能力逐渐降低。     

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。     

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。     

内置横向插板加强空间相贯圆钢管节点受力性能研究

对武汉天河机场T3航站楼屋盖结构中2个典型内置横向插板加强空间相贯节点的受力性能进行了足尺破坏试验和有限元模拟研究,分析了两节点的破坏模式和应力变形发展过程,试验和有限元结果表明:2个试验节点均具有较高的安全储备,其破坏模式均为受压支管根部局部屈曲破坏。有限元软件可以较好地模拟节点的加载过程,两节点中插板的存在可提高其极限承载力,但对各自主管应力状态的影响不同,JD2试件中插板可有效改善其主管的应力集中现象,JD1试件中插板对其主管应力状态的影响较小。     

X型矩形管斜插板节点轴压性能试验研究

对X型矩形管斜插板节点在插板轴压力作用下的极限承载性能进行单调加载的试验研究。实施10个不同插板的厚度和插板平面与矩形管轴线之间夹角的节点轴压性能试验。介绍节点试验方案,描述X型矩形管斜插板节点在插板轴压力作用下的破坏模式,给出荷载-端位移曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将插板相对厚度(插板与矩形管厚度比值)τ、插板平面与管轴线之间夹角θ对节点轴向极限承载力和延性的影响进行讨论。试验研究结果表明:随着夹角θ的增大,节点轴压极限承载力呈增大趋势;θ为0°时,τ值对节点轴压极限承载力的影响很小;其余夹角θ节点试件极限承载力随着插板厚度的增大而增大;节点应变强度最大均发生在插板与矩形管连接的焊缝端部区域。最大应变强度在此区域的分布不同,则节点的破坏模式不同;IIW规范计算公式中未考虑τ值的影响,而试验中τ值对节点极限承载力有很大的影响,所以规范还有待完善,需要进行深入的有限元参数分析。     

框架柱托换节点受力性能试验研究

通过移位工程框架柱包裹式托换节点缩尺模型的正交试验研究,分析托换梁剪跨比λ、纵筋配筋参数ρf_y、配箍率、混凝土强度及梁柱结合面插筋配筋参数ρ_j f _yj对托换节点破坏形态和受力性能的影响。试验结果显示,试件的破坏形态分为托换梁的受弯破坏和弯剪破坏两种形式,梁与柱结合面是薄弱位置;通过对试验数据回归分析,得到了在试验参数范围内各影响因素与托换节点破坏荷载的关系,所研究因素中剪跨比λ对托换节点承载力的影响最为显著,其次是纵筋配筋参数ρf_y、配箍率和插筋配筋参数ρ_j f _yj;依据试验结果提出了框架柱托换节点承载力计算公式,计算结果偏安全。     

三参数强度理论及其在脆性材料中的应用

为了完善岩石、混凝土等脆性材料的强度理论,在双τ²强度理论的基础上,考虑两个较大的主剪应力和静水压力对岩石类材料强度的不同贡献,提出了一个新的含有3个参数的双τ²强度理论。推导出了该理论的数学表达式,分析了主应力空间极限面的相关特性,研究了该理论在几种应力状态下的理论预测曲线,并与一些实验数据进行了对比分析。结果表明:该理论在主应力空间的极限面为在拉伸区封闭而在压缩区开口且沿着静水压力轴不断增大的曲面,子午线为椭圆曲线,极限面的形状由材料的极限应力比α、β决定;在σ₁＞σ₂=σ₃或σ₁=σ₂＞σ₃的应力状态下,该理论的理论预测曲线与极限应力比β无关,极限应力σ₁随着压拉比α的增大而增大;双τ²的三参数强度理论与部分岩石和混凝土材料的实验数据吻合较好,完善了脆性材料的强度理论。     

Research on mechanical behaviour of overlapped CHS-to-SHS welded N-joints

An experimental programme and associated parametric analysis of overlapped CHS-to-SHS welded N-joints were carried out. Two partially overlapped CHS-to-SHS welded N-joints were tested to failure under overlapping brace axial compression and chord axial loading. Elastic-plastic large deflection finite element analysis (FEA) of the experimental joints was performed and the FEA results for the failure mode and ultimate capacity are found to be in good agreement with the tests results. A detailed parametric study is subsequently conducted to examine the failure modes and to study the effect of geometric parameters and chord forces on the ultimate bearing capacity of the joints. The analytical results show that there are four possible failure modes of the joint under overlapping brace axial compression. It also reveals that brace-to-chord width ratio, chord width-to-its thickness ratio and brace-to-chord thickness ratio have a large effect on the failure mechanism and ultimate bearing capacity of overlapped CHS-to-SHS N-joints. Furthermore, the effect of chord compression force on the ultimate bearing capacity of the joints cannot be neglected.     

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。     

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。     

中空夹层钢管混凝土-钢管K形搭接节点抗震性能试验研究

主管为中空夹层钢管混凝土，支管为空钢管的K形搭接节点，按主圆支圆和主方支圆两种形式加工制作了4个节点，对节点两个支管通过同步往复加载，研究主管通过夹层混凝土加强的K形节点破坏模式、承载力、耗能性能等。分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、延性系数、能量耗散系数等抗震性能指标。结果表明：未加强节点的破坏模式为主管表面塑性破坏，主管夹层灌混凝土的加强节点为支管拉裂破坏；主管夹层灌混凝土提高了节点的刚度和承载力，对于方管尤为显著，但对节点的延性影响不大；相比主圆支圆的未加强试件，夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了43.7%和52.1%，节点累积耗能分别提高了57.6%和64.0%；相比主方支圆未加强试件，夹层灌普通混凝土和粉煤灰混凝土的试件承载力分别提高了66.7%和64.7%，节点累积耗能分别提高了39.8%和21.7%，但主管夹层灌普通混凝土和灌粉煤灰混凝土对节点的加强效果区别不大。利用ANSYS软件对试验试件进行有限元分析，分析结果与试验结果吻合良好，并选用主管空心率、支主管直径比及支管径厚比进行参数分析。分析表明：随主管空心率的增大，节点耗能能力和承载力有所减小；随支主管直径比的增大，节点滞回曲线趋于饱满，耗能能力和承载力提高；随支管径厚比的增加，节点的滞回曲线的饱满度降低，节点承载力和耗能能力均呈下降趋势。     

平面X形圆钢管混凝土节点平面外受弯性能试验研究

为了解平面X形圆钢管混凝土节点的平面外受弯性能,分别对4个主管填混凝土和4个支管填混凝土的平面X形圆钢管节点进行支管平面外弯矩作用下的试验研究。考察了支管、主管分别填混凝土2种情况下节点的破坏模式和应力分布,并分析了钢管内混凝土对节点平面外抗弯刚度及承载力的影响。试验中支管填混凝土节点出现了主管塑性、支管局部屈曲和支管受拉侧焊缝或热影响区管壁开裂的破坏模式,主管填混凝土节点则发生了支管局部屈曲及支管受拉侧焊缝开裂破坏。主管填混凝土节点与支管填混凝土节点相比,由于主管内填混凝土对于主管管壁的局部变形起到明显的约束作用,明显提高了主管的径向刚度,增大了节点的平面外抗弯刚度。实测节点承载力与欧洲规范计算的空钢管节点理论承载力比较表明,主管内填混凝土能极大提高节点平面外受弯承载力,最大可提高132%;支管内填混凝土可使节点平面外受弯承载力最大提高60%。     

蜂窝梁-实腹柱十字形节点受力性能研究

为研究蜂窝梁-实腹柱框架中节点的受力性能,利用ABAQUS有限元软件对28种不同扩高比和开孔位置的蜂窝梁-实腹柱十字形节点足尺模型进行了数值模拟分析,详细研究了蜂窝梁-实腹柱十字形节点的破坏模式、塑性铰产生位置、滞回曲线、骨架曲线、延性性能和耗能能力。结果表明:蜂窝梁-实腹柱十字形节点由于梁上开孔的削弱作用,塑性铰由节点域向梁上第1个孔洞处转移,避免在节点域破坏,具有良好的抗震性能;蜂窝梁第1开孔位置一定时,随着扩高比K增加,节点水平承载力先增加后降低,并在K=1.4左右时达到峰值;扩高比K一定时,随着梁上第1个孔洞中心距柱距离L的增大,节点水平承载力先增加后趋于稳定;综合考虑扩高比K和开孔位置L对节点水平承载力及塑性铰产生位置的影响,并定义参数α_h,给出参数K和α_h的建议合理取值范围;在此取值范围内,蜂窝梁 实腹柱十字形节点水平承载力较高,滞回曲线饱满,具有良好的延性与耗能能力,且塑性铰出现在梁上第1个孔洞附近,满足“强节点弱构件”的抗震设计要求,具有良好的抗震性能。     

钢筋混凝土偏压柱承载力计算中的曲率影响系数

钢筋混凝土偏压柱的承载力计算需通过弯矩增大系数考虑截面弯矩的二阶效应。弯矩增大系数包含两个影响系数,分别是荷载偏心率对截面曲率的影响系数ζ₁和构件长细比对截面曲率的影响系数ζ₂。这两个系数在规范GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》与JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中计算方法不尽相同。通过14根钢筋混凝土偏压柱承载力试验,应用规范方法对试件的承载力进行计算并与试验值比较,结果表明：GB 50010-2010取消了ζ₂,导致计算的试件承载力小于试验值;而JTG D62-2004中ζ₁在不合理之处,特别是当偏心率较小时,计算的承载力偏大而且偏于不安全。在试验研究基础上,进行有限元参数分析,拟合了ζ₁和ζ₂ 计算式。应用收集到的文献试件对其计算精度进行了验证。