折线形钢箱柱受力性能试验研究

为研究折线形钢箱柱的受力性能,对其进行了设计验证和受压极限承载力的缩尺模型试验研究和有限元分析。试验结果表明：折线形钢箱柱在设计荷载作用下,始终处于弹性状态;在受压极限承载力试验中,折线形钢箱柱的破坏形态为钢箱柱折线相交部分的内折点处发生局部屈曲,导致试件变形过大而丧失承载能力。结合试验结果与有限元计算结果,分析了折线形钢箱柱的受力变形特征和内力分布规律。通过对比分析折线形钢箱柱的破坏形态及位置、荷载-位移曲线、极限承载力等,试验结果与有限元计算结果吻合良好,验证了理论分析与原型结构设计的正确性。图15表1参12     

大悬挑钢箱梁与折线形钢箱柱连接节点试验研究

为研究大悬挑钢箱梁与折线形钢箱柱连接节点在不同工况组合下的受力性能,对其进行了1∶3的缩尺试验研究和有限元数值分析。试验借助改进型几何可变框式试验架,实现了设计要求的2种荷载工况,并分析了节点在各种工况组合下的受力性能和变形情况。运用有限元软件对节点进行了弹性分析,得到了节点的应力分布与变形情况。研究结果表明：试验结果与有限元分析结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;节点在设计荷载作用下始终处于弹性工作状态,其受力最不利位置位于左梁与折线柱的翼缘相交部位。     

大悬挑变截面梁折线形斜柱钢刚架受力性能试验研究

大悬挑变截面梁折线形斜柱钢刚架,结构型式不规则、受力复杂。为考察其受力性能,评价其安全性,对该结构进行了设计验证和极限承载力的缩尺模型试验研究和有限元分析。试验研究表明：变截面梁折线形斜柱钢刚架在设计荷载作用下均处于弹性状态,在极限承载力试验中,变截面梁与折线形斜柱连接部位最先屈服,2.56倍设计荷载时结构达到极限状态。结合试验结果与有限元计算结果,分析了结构的受力变形特征和内力分布规律,分析表明,有限元计算结果与试验结果吻合良好,试验结果验证了理论分析与原型结构设计的正确性;研究表明,折线形斜柱大悬挑钢刚架结构在保证顶部水平约束的情况下,具有较高的承载能力和足够的安全性。     

不同肢高厚比钢筋混凝土Z形截面柱梁柱节点抗震性能研究

基于钢筋混凝土Z形截面柱梁柱节点的试验结果,运用有限元软件ANSYS对Z形截面柱梁柱节点进行非线性有限元分析,并与试验结果进行对比分析。同时,通过ANSYS对低周反复水平荷载作用下Z形截面柱梁柱节点的受力性能进行数值模拟分析,研究其在不同肢高厚比下的抗剪承载力和延性等受力性能,并验证了不同肢高厚比条件下模拟的抗剪承载力按规范提供的异形柱节点抗剪承载力设计计算建议公式设计是偏于安全的,剪压比最小限制可由0.19适当放宽到0.2。     

江阴魔方时代广场SRC梁柱节点试验研究

江阴魔方时代广场主楼为罕见的大悬挑结构,核心区梁柱节点荷载较复杂。对关键节点进行足尺模型试验,研究节点在静力荷载下的受力性能并验证其安全性,试验结果表明:在1.0倍设计荷载作用下,节点全部处于弹性状态;在1.6倍设计荷载作用下,节点未发生破坏。对试件进行了有限元分析,计算节点的极限承载力。计算结果表明:有限元分析与试验结果吻合,节点设计安全合理。     

空间网架结构钢管混凝土柱节点力学性能足尺试验及分析

采用足尺试验与数值仿真相结合的方法研究空间网架结构中的钢管混凝土柱节点的受力及抗震性能。试验荷载逐级加载到设计荷载的1.6倍并观测柱节点的变形与应力。试验结果表明试验荷载下柱节点钢结构部分基本处于弹性状态,混凝土极小部分区域超出压应力极限,钢管与混凝土粘接良好。非线性有限元分析结果揭示了柱节点在低周往复荷载作用下的滞回耗能能力和破坏特征,指出了柱节点承载的薄弱位置,给出了柱节点的极限承载力。结果表明,足尺试验与数值计算相结合的方法可以全面揭示柱节点的受力特性及抗震性能。     

武汉国际博览中心展馆复杂铸钢节点受力性能分析

采用有限元数值分析与足尺试验相结合的方法分析武汉国际博览中心展馆复杂铸钢节点受力性能。有限元数值分析结果揭示了节点整体的应力分布规律,与足尺试验结果相互印证,验证了试验数据的可靠性和有限元分析的正确性。结果表明,设计荷载及1. 3倍设计荷载作用下节点铸钢件处于弹性工作状态,满足设计要求;整体节点极限承载力为2. 1倍设计荷载,与节点铸钢件连接的6#钢支管全截面屈服,其破坏模式保证了"强节点、弱杆件"的设计目标。     

成都双流国际机场T2航站楼空间相贯节点极限承载力研究

以成都双流国际机场T2航站楼建设项目为背景,设计出一套空间自平衡加载装置,对工程中采用的2个复杂相贯节点进行足尺静力加载试验。在设计荷载作用下,节点处于弹性状态;在极限荷载作用下,主管发生明显变形,但节点极限承载力远高于设计荷载,失效模式表现为延性性质。同时,采用ABAQUS有限元分析软件对节点进行弹塑性非线性分析,将试验结果与计算结果进行对比分析,验证有限元模型的正确性;进一步探讨几种主管加劲肋形式对节点极限承载力的影响。研究表明,中心设置一块加劲肋最为有效,既能提高节点极限承载力,又具有较好的经济性和施工便捷性。     

钢筋混凝土异形柱框架节点强度的研究

对１２个异形柱（Ｔ形、Ｌ形和十形）和４个矩形柱的足尺板柱节点和梁柱节点试件进行了反复荷载作用下受力过程和破坏特性的试验研究及分析对比。研究表明：在板的正常配筋条件下板柱节点是不会破坏的;四种截面形式柱中Ｌ形截面柱节点的承载力是最低的。通过试验和非线性有限元分析,对异形柱框架梁柱节点的强度提出了计算公式,计算结果和试验结果吻合较好。     

385m超大型长江大跨越输电塔铸钢节点受力性能研究

针对国家重点工程385 m超大型长江大跨越输电塔横担-主材连接节点处杆件交汇多、空间关系复杂、荷载条件特殊等特点,首次提出在该大跨越输电塔同类型节点处采用铸钢节点。考虑到铸钢节点外形复杂、重要性程度高等特点,为验证其设计的安全性和合理性,设计了两个1∶2节点缩尺模型并进行承载力性能检验性试验及有限元分析。研究结果表明：90°大风试验工况下节点最大应力区为节点杆件倒角处,其应变随荷载基本呈线性变化,节点整体处于线弹性状态;有限元分析结果与试验结果吻合良好,表明有限元节点模型能真实有效模拟节点实际受力情况;有限元弹塑性分析结果表明该铸钢节点极限承载力为设计荷载的12.39倍,有较大的安全冗余度,节点设计安全可靠。     

国家体育场焊接方管桁架单K节点试验研究

为考察构造复杂的国家体育场焊接方管桁架单K节点的受力性能和承载力,进行了两个典型节点的1∶3缩尺比例的模型试验和有限元分析。试验结果表明,节点强于杆件,节点的极限承载力都能达到设计荷载水平的2倍以上,且节点区范围内的板件未观察到局部失稳或断裂现象。有限元分析能较好地模拟试验现象。试验结果和有限元分析结果证明,节点区的板件局部加厚和内置加劲肋等加强措施是有效的。     

高强钢焊接箱形柱轴心受压极限承载力试验研究

为了研究高强钢中厚板焊接箱形柱的极限承载力,以11mm厚国产Q460高强钢中厚板制作了7个焊接箱形柱进行轴心受压试验。试件共包含宽厚比8、12、18三种截面,长细比分别为35、50、70。根据试件的实测尺寸、钢材的力学性能建立有限元模型,以初始缺陷的形式考虑了试件的初始挠度、初始偏心及焊接残余应力,分析预测了试件的极限承载力。试验结果表明,高强钢焊接箱形柱稳定系数采用GB 50017-2003《钢结构设计规范》中的c类截面柱子曲线偏保守,试验结果平均曲线更接近b类截面曲线,但仍需进一步验证。分析结果表明,考虑了初始缺陷的有限元模型可准确预测柱的极限承载力,可以作为试验数据的补充。     

钢管贯通焊接球节点的有限元分析

网架(壳)结构中,当杆件的轴力较大、焊接空心球节点承载力不能满足设计要求时,采用钢管贯通焊接球来提高节点的承载力是目前最有效的措施之一。本文采用ANSYS有限元程序,弹塑性应力—应变关系和Von-Mises屈服准则,同时考虑几何非线性的影响,对钢管贯通焊接球节点的极限承载力进行了较为详细的计算分析。本文首先对六组空心球节点进行计算,并与试验结果进行对比来验证本文模型的正确性,进而研究钢管贯通焊接球在单向受力、平面受力和空间受力状态下节点的破坏模式和极限承载力,并比较了不同球壁厚钢管贯通焊接球节点的承载力。本文的分析结果对实际工程设计具有一定的指导意义。     

高强钢焊接箱形柱受力性能研究(Ⅰ)：残余应力统一分布模型

现有高强钢焊接箱形截面残余应力分布模型仅适用于特定强度等级的高强钢,尚缺乏适用于不同强度等级高强钢的残余应力分布模型。为此,基于不同强度等级高强钢焊接箱形截面残余应力的已有试验,研究钢材的强度等级、板件厚度及宽厚比对残余应力分布和峰值的影响,提出不同强度等级高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型。该模型采用多重阶梯函数形状,适用于屈服强度460~960MPa的焊接箱形截面,且满足每个板件自平衡条件和对称性。将残余应力统一分布模型的形状、数值和已有试验结果进行对比,证明该模型的准确性。在基于纤维模型的极限承载力数值分析中,分别采用残余应力统一分布模型和已有分布模型计算高强钢焊接箱形柱的受压承载力,并将各自得到的极限承载力与已有试验结果进行对比。研究结果表明,采用残余应力统一分布模型后,不同等级高强钢焊接箱形柱的纤维模型计算能更准确地预测其极限承载力。残余应力统一分布模型可为不同等级高强钢焊接箱形柱的二阶非弹性分析提供参考。     

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.     

大尺寸焊接空心球节点试验中极限承载力研究

工程实践中焊接空心球节点受压极限承载力的试验都是按照JGJ11-2009中的相关规定进行的,要求试验时需要适当增加钢管壁厚,但是对于需要加厚到什么程度,并没有明确的说明.有限元计算分析表明,按照JGJ11-2009要求设计的节点在加载时多是钢管先于空心球屈服而导致不能继续加载,空心球并未真正的破坏,所得的承载能力并非节点真实的极限承载能力.利用ANSYS有限元程序对外径800mm的5组131个空心球节点进行单向受压分析,得到了不同尺寸的钢管与空心球匹配关系下,球节点的破坏模式及相应的节点极限承载能力,并对外径800mm的空心球进行受压试验时钢管壁厚需要的增加量提出了参考值.     

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。     

Q460高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力试验研究

为研究Q460高强钢中厚板焊接箱形压弯构件的整体失稳极限承载力,采用11mm厚国产Q460高强钢中厚板制作7个焊接箱形压弯试件,试件截面宽厚比分别为18、12、8,长细比分别为35、55、80。试验内容包括:Q460低合金高强钢的材性试验,三种焊接截面残余应力测试,各试件初始几何缺陷测量及极限承载力试验,从而进行了面内整体失稳压弯构件的极限承载力试验研究;并且把试验结果与我国现行钢结构设计规范计算值相比较。试验研究结果表明:Q460低合金高强钢材性具有高强度,塑性性能良好等特点;Q460高强钢焊接箱形截面残余应力分布形式与普通钢材箱形焊接截面分布基本相同,但是残余应力比降低;压弯构件极限承载力试验结果明显高于现行钢结构规范设计公式计算值,所以应对Q460高强钢焊接箱形压弯构件进行近一步参数分析研究,并得出其实用设计方法。