平面KT型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究

通过对3个平面KT型圆钢管搭接节点的静力单调加载试验,考察节点中内隐蔽部分焊接与否、腹杆搭接顺序等对KT型搭接节点的受力性能和破坏模式的影响,并最终考察其节点承载力。试验结果表明,平面KT型圆钢管搭接节点的受力性能、破坏模式均与间隙节点有所不同;隐蔽部分未焊接较隐蔽部分焊接的节点承载力有一定降低;受压斜腹杆作为贯通腹杆较直腹杆作为贯通腹杆的承载力略有降低。     

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。     

N形方主管圆支管相贯节点受力性能试验研究

对10个N形方主管圆支管相贯节点进行了静力性能试验研究。试验节点包括6个内隐蔽部分不焊接的搭接节点、2个内隐蔽部分焊接的搭接节点和2个零间隙节点。分析了节点的受力性能、破坏模式和承载力,并对内隐蔽部分焊接情况、支管轴力性质、节点两侧主管轴压力、支管搭接情况等对节点承载力的影响进行了研究。结果表明：内隐蔽部分焊接与否对被搭接支管受拉的节点承载力影响较大,焊缝断裂是内隐蔽部分未焊接节点常见的破坏模式;在试验几何参数条件下的内隐蔽部分未焊接搭接节点在被搭接支管受压情况下的节点承载力较被搭接支管受拉时大很多;节点两侧主管均有轴压力时的搭接节点承载力较仅一侧主管有轴压力时要小;被搭接支管受拉的搭接节点承载力远远高于相应的零间隙节点。研究表明：国内外现行规范中的N形方主管圆支管搭接节点承载力计算公式对发生主管局部屈曲破坏模式的情况并不适用,而且公式也未考虑内隐蔽部分焊接与否、支管轴力性质和主管轴力等因素的影响,还有待完善。     

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。     

不同焊接方式下圆钢管节点力学性能的试验比较

对两个不同焊接方式的空间KTT型圆管搭接节点进行了静力试验,一个节点是所有腹杆沿节点相贯线全周焊接,另一个节点是被搭接的腹杆沿相贯线的部分周长焊接.综合比较了两种节点在破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、Mises应力分布和节点承载力等方面的差异.研究结果显示不同的焊接方式没有引起节点承载力的显著差别,但引起节点破坏模式的不同.这初步表明对非直接承受动力荷载的圆管搭接节点,被搭接的腹杆可考虑采用部分周焊.     

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。     

圆钢管混凝土K型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明:塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。     

施工工艺对空间KK型圆钢管搭接节点静力性能的影响研究

不同的施工工艺对平面内外均搭接的圆钢管(CHS)空间KK型节点的静力性能会产生影响,为确定这种影响的大小,根据内隐蔽区焊接方式及插板布置方式的差异,共完成了9个节点静力试验,其中5个试件主要考察内隐蔽焊缝焊接方式的影响(未设置插板),2个试件设置插入弦杆的纵向插板以规避平面外搭接内隐蔽区焊缝,2个试件设置纵横向插板以规避所有内隐蔽区焊缝。通过试验考察了各空间搭接节点的受力性能和破坏模式,对比了内隐蔽区是否焊接、纵向插板是否插入弦杆,以及横向插板等对节点性能的影响。结果表明,内隐蔽区是否焊接对节点的应力分布有一定影响,但对节点承载力的影响较小;不插入弦杆的纵向插板在规避平面外搭接内隐蔽区焊缝的同时使节点承载力略有提高;插入弦杆的纵向插板对节点整体性能的加强作用显著,但同时降低了节点的延性;横向插板对节点性能的影响很小。采用经试验验证的有限元模型分析了内隐蔽区是否焊接及纵向插板对具有不同几何参数的节点承载力的影响,并综合试验分析结果给出了设计此类节点的建议。     

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。     

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。     

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.     

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. __________ Translated from Journal of Building Structures, 2006, 27(4): 30–36 [译自: 建筑结构学报]     

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。     

腹杆截面不对称圆钢管搭接节点极限承载力研究

本文建立了合理的有限元模型,对腹杆截面不对称圆钢管搭接节点进行材料和几何非线性计算,得出的极限承载力具有相当的准确度。由分析可知,把直径较大和壁厚较厚的腹杆作为贯通腹杆节点,其极限承载力较高且构造较为合理。当搭接腹杆直径变小、壁厚变薄后,CW和TW型搭接节点极限承载力均相对对称节点下降。通过对公式的计算结果与钢管节点数据库中腹杆不对称圆钢管搭接节点试验结果进行比较可知,计算公式可以准确地预测腹杆截面不对称搭接K型节点极限承载力。