TX型和TT型圆管节点轴向承载力的影响因素分析

空间管节点几何构形多样,受力复杂,影响其承载性能的因素较多．本文采用有限元软件ANSYS,选用SHELL181壳体单元建模计算,并考虑了焊缝的影响,分析了荷载路径、弦管轴向应力对TX型圆管节点轴向承载力的影响,以及弦管长度和边界条件对TT型圆管节点轴向承载力的影响．     

钢管桁架连接钢板对T型节点轴向承载力的影响分析

圆钢管结构通常用于大跨屋盖,计算上按桁架处理,檩条与钢管桁架多采用钢板连接。对于T型节点,荷载经檩条通过节点钢板传到弦管,然后传到支管。节点钢板与弦管焊接长度的差异,导致节点边界条件强弱的变化,从而影响节点的轴向承载力。本文采用ANSYS建立3个T型节点的有限元模型,计算其承载力,并与试验结果对比,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,模拟了多种节点钢板长度下的T型节点承载性能,分析了节点铜板长度对T型节点轴向承载力的影响。     

采用环口板加强的K形圆钢管节点轴向承载力试验研究

为探究采用环口板加强的K形圆钢管节点轴心承载性能,通过两组共4个K形圆钢管节点试件的轴向承载力试验,研究此类节点的变形和破坏情况;并对支管与弦管外径比β、环口板加强方式等因素对极限承载力的影响以及荷载-位移曲线进行分析。研究表明:节点变形和破坏表现为支管塑性变形、弦管局部凹陷、支管断裂和焊缝开裂;在加载初期,荷载值快速提高,随着作动器位移增大,荷载增长速度变缓,并出现峰值,随后荷载值开始下降;β和环口板加强对节点的极限承载力提高显著,极限承载力分别至少提高了35%和27%。     

空间XK型圆钢管相贯节点极限承载力非线性有限元分析

应用材料非线性和几何非线性有限元法对空间XK型节点圆管相贯节点进行了数值计算,分析了节点在荷载作用下应力的发展、变化过程及节点变形,并将分析结果与相关试验结果进行了比较,在此基础上得出一些有价值的结论。     

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。     

支管偏心对插板连接管节点承载力的影响分析

通过有限元数值分析方法,开展了不同支管偏心距及主管径厚比对插板连接管节点极限承载力的影响研究。负偏心越大,节点承载能力随之增强,节点板材料也越经济;同时需留意,负偏心并不一定总是有利的。总之,偏心距及主管径厚比的影响应在工程设计中加以合理、有效的利用。     

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。     

圆钢管混凝土X型节点轴压承载力研究

采用ABAQUS分析软件对圆钢管混凝土X型节点进行轴压荷载作用下的非线性分析,依据轴压荷载作用下节点各组成部分的应力分布情况及圆钢管混凝土节点承载力随相贯角度、宽厚比、竖向连接板厚度、衬板厚度、混凝土强度等控制参数的变化曲线,提出了节点承载力的计算式模式,通过拟合得出最终的节点承载力计算式。研究表明:相贯角度、宽厚比、混凝土强度对其承载力影响较大,竖向连接板的厚度、衬板厚度对其承载力影响相对较小;所提出的节点承载力计算式精确度较高且偏为安全,可用于工程实际中构件承载力的计算。     

TX型圆管相贯节点空间作用下的极限承载力分析

空间相贯管节点构造简捷 ,较多应用于大跨度空间结构 ,其受力状况较为复杂。运用有限元方法 ,分析了TX型圆管相贯节点在平面外支管受轴向荷载、平面内支管受平面外弯矩作用下的极限承载力 ,并利用圆环模型 ,结合非线性回归分析 ,推导了理论计算公式。     

KK型搭接方管节点极限承载力的非线性有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS对KK型搭接方管节点进行了弹塑性大挠度分析,研究了方管节点的极限承载力和塑性区扩展过程,揭示了节点的破坏机理和破坏模式,获得了节点的极限承载力和极限承载力随着节点几何参数的变化规律。2种荷载工况下节点性能的对比分析结果表明,绝大多数节点的极限承载力和几何参数对节点极限承载力的影响规律基本相同。通过多元线性回归,得出了体现主要几何参数影响的节点极限承载力计算公式,将回归公式与有限元计算结果进行了对比分析,验证了公式具有较好的精度,可供工程设计参考应用。     

开孔钢板加劲的矩形钢管钢纤维高强混凝土柱轴压试验研究

为探明加劲肋类型、开孔钢板（PBL）开孔间距、钢纤维体积掺量、混凝土强度等级等对矩形钢管钢纤维高强混凝土（SFRHC）柱轴压破坏模式的影响规律,对10根柱进行了轴压性能试验,得到了其荷载-压缩变形曲线、位移延性系数、耗能指标和破坏模式。研究结果表明：与PBL加劲试件相比,钢板加劲试件和未加劲试件的位移延性系数分别降低11.9%和10.4%,耗能指标分别降低8.3%和5.6%, PBL加劲肋能有效加强钢管与核心混凝土的组合作用。掺入体积率为0.8%钢纤维的PBL加劲试件,其位移延性系数和耗能指标分别提高12.5%和42.3%,钢纤维体积率为0.8%~1.2%时,试件位移延性系数和耗能指标明显提高。加劲SFRHC柱为肋间管壁局部外鼓破坏,PBL加劲柱的破坏位置均位于PBL开孔处,未加劲SFRHC柱为管壁外鼓破坏,对应钢板屈曲处核心混凝土表现为压碎破坏,钢纤维被整体拔出;加劲SFRHC柱沿高度方向破坏位置明显下移,钢板加劲肋和PBL加劲肋均能有效分担轴向荷载。     

矩形钢管混凝土桁架节点应力集中特性试验研究

为研究矩形钢管混凝土桁梁桥节点的疲劳性能,开展两榀矩形钢管混凝土组合桁架节段三点弯曲试验,对试件中的K形节点应力集中系数进行测试和分析,同时,基于试验结果,对既有K形节点应力集中系数计算公式的适用性进行分析。结果表明：相比普通钢筋混凝土桥面板和传统剪力钉的构造措施,采用预应力混凝土桥面板和局部释放剪切作用的剪力钉可提高混凝土桥面板开裂荷载,但是对于桁梁承载力基本没影响;两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点腹杆表面热点应力水平基本相当,最大值均发生在受拉腹杆焊趾侧处,由于桥面板和剪力钉构造区别,两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点弦杆表面热点应力值不同,最大值分别发生在受拉腹杆焊趾侧处;既有K形节点应力集中系数参数计算公式适用性分析表明,Mang等建议公式计算结果偏危险,Soh等建议公式和CIDECT建议公式计算结果偏保守,Puthli等建议公式计算得到的受拉腹杆最大应力集中系数偏保守,计算得到的受压腹杆和弦杆应力集中系数偏危险,Jiang等所提建议公式计算结果与试验结果吻合最好。     

Post-fire residual strength of steel tubular T-joint with concrete-filled chord

在试验研究基础上,对主管填充混凝土的T形节点受火后的剩余承载力进行有限元分析,结果表明：经历400℃以下的高温作用后,T形节点的剩余承载力未出现明显下降。但随着受火温度的升高,T形节点的剩余承载力呈非线性下降;同时,内填混凝土后钢管T形节点的受火后平均剩余承载力是相同参数空钢管T形节点剩余承载力的3倍以上,这是因为内填混凝土后可有效防止主管与支管节点处发生凹陷,使得钢管T形节点的破坏模式由节点相贯区主管凹陷破坏变为主管弯曲破坏,从而使钢管和混凝土的材料强度能够得到充分发挥;但内填混凝土抗压强度对承载力影响有限;此外,当试件从高温下冷却到常温后,由于混凝土强度未能同钢材得到较大恢复,因此内填混凝土T形节点受火后剩余承载力相比空钢管T形节点减少的更为明显。     

复合钢管高强混凝土短柱轴心受压性能试验与分析

为研究外方内圆复合钢管高强混凝土短柱轴心受压性能,完成了三组共23个试件的轴压试验和典型试件的非线性有限元分析。试验结果表明：各试件的破坏形态基本相同,为方钢管向外鼓曲,方钢管与圆钢管之间的混凝土酥松、局部压碎;试验结束时,试件纵向应变达到0.09~0.11,尚能承担约70%的峰值竖向力;按文献［8］有关公式计算得到的试件压缩刚度平均值为实测值的83.6%;采用圆钢管对其管内混凝土提供约束,方钢管对混凝土不提供约束、但提供轴压承载力的计算假定,试件轴心受压承载力计算值与试验值吻合良好;非线性有限元计算得到的竖向力 纵向应变曲线及破坏过程与试验结果符合较好。     

圆钢管混凝土轴压长柱极限承载力的稳定系数法

为完善圆钢管混凝土轴压长柱极限承载力的计算理论,对比分析了中国国家标准GB50936—2014和CECS 28:2012中轴压短柱极限承载力的N0计算公式,并把GB 50936—2014中基于套箍系数的N0计算公式改写成统一的形式,提出了基于正则长细比的轴压长柱的稳定系数计算式,并通过36个试件的对比,对计算式的精度和适用范围进行了分析。研究表明,现行国标GB 50936—2014中基于套箍系数的N0计算公式更为精确,基于N0计算公式和本文的稳定系数,可以计算得到更为精确的轴压长柱的极限承载力。     

Resistance of rectangular concrete-filled tubular (CFT) sections to the axial load and combined axial compression and bending

This paper describes the development of the direct strength method (DSM) for concrete-filled tubular (CFT) sections. The axial and flexural strength of CFT sections with local buckling are proposed based on previous test results. Although Eurocode4 does not allow the use of slender steel skins for CFT sections, the limit of the width-to-thickness ratio for the steel skin has recently been extended to slender sections in AISC specifications. A simple formula for the axial and flexural strength of CFT sections for the DSM is proposed to account for the local buckling of a thin steel skin and for the enhanced compressive strength of concrete from the confining effect of the steel skin. The squash load predicted by the proposed formula is compared with test results and those predicted by AISC specifications and Eurocode4. A formula for strength interactions of CFT members under combined compression and flexure is proposed and is compared with test results. The comparison confirmed that the formula for axial and flexural strength and that for strength interactions can conservatively predict the resistance of CFT columns to the axial load and combined compression and bending.     

主管壁加厚方钢管T型节点滞回性能研究

为了研究主管壁局部加厚对方钢管T型节点滞回性能的影响,对一个主管壁局部加厚的方钢管T型节点试件和一个主管壁未加厚的方钢管T型节点试件进行试验测试和有限元模拟。试验中,通过控制支管的竖向位移对方钢管T型节点试件施加低周往复循环荷载,研究试件的变形和破坏模式,并进行相关抗震性能指标（延性系数和能量耗散）分析。试验结果表明：主管壁局部加厚能够明显改善节点的滞回性能,同时能够使节点由带有明显延性特征的断裂破坏转变为主管壁厚改变处的延性屈服破坏。利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟,结果与试验结果吻合较好。最后利用有限元软件分析了主管壁加厚方钢管T型节点加厚参数（主管的加厚长度l和加厚厚度Δt）对节点滞回性能的影响。分析结果表明：为了改善节点滞回性能,加厚长度不超过支管截面边长的3倍,加厚厚度不超过主管壁厚的0.8倍。     

钢管钢纤维高强混凝土短柱轴心受压试验研究

对7根圆钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根圆钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,研究钢纤维掺量、含钢率和混凝土强度等级对钢管钢纤维高强混凝土短柱受力性能的影响。研究结果表明：随着钢纤维体积掺量的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的延性逐渐增大,承载力略有提高;随着含钢率的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力和延性均增大;随着混凝土强度等级的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力增大,延性逐渐降低;掺入钢纤维对钢管高强混凝土短柱的破坏模式几乎没有影响。最后给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱承载力计算式。     

矩形钢管混凝土桁架与圆形钢管混凝土桁架受力性能对比分析

应用非线性有限元方法,对矩形钢管混凝土桁架的受力性能进行了分析,并与圆形钢管混凝土桁架的受力性能进行了比较.结果表明:矩形钢管混凝土桁架的承载力相对于圆形钢管混凝土桁架的承载力要低些,但是结构的塑性和延性都相对较好,与圆形钢管桁架的差别不大;另外,由于矩形钢管混凝土桁架在制作和施工上的方便,弥补了承载力相对较低的缺陷,在经济上仍具有一定的优势.因此,矩形钢管混凝土桁架在桥梁工程上具有较为广泛的应用前景.