设置加劲肋圆钢管T型相贯节点面内抗弯承载力试验研究及模拟分析

为提高相贯节点的承载力和疲劳寿命,在节点区域设置加劲肋,开展设置加劲肋T型圆钢管相贯节点面内抗弯承载力的试验研究,探讨了设置加劲肋T型相贯节点的破坏模式、应变发展规律和抗弯承载力特性;试验中主管受压侧加劲肋附近应变发展较快,当节点荷载临近极限承载力时,节点主管受压侧加劲肋附近发生明显凹陷的局部屈曲,同时加劲肋发生面外弯曲失稳;设置加劲肋节点面内抗弯承载力比无加劲肋节点承载力明显提高,说明设置加劲肋后有效提高了节点抵抗变形的能力,增加了节点的刚度和强度,使节点承载力有大幅度的提升。同时,开展相贯节点的非线性有限元模拟,分析得到节点的失效模式、承载力与试验均吻合较好。基于非线性有限元模拟,考察加劲肋布置方式对抗弯承载力的影响,提出了合理的加劲肋布置方式。     

太原南站空间多支管焊接相贯节点极限承载力的影响因素分析

基于有限元方法对空间多支管焊接相贯节点的应力分布、变形分布及节点域塑性区的扩展过程等力学性能进行分析.主要探讨支管不同受力特征、节点域构造不同措施和加劲板厚度对节点极限承载力的影响,并与规范推荐公式进行对比.分析结果表明:该相贯节点极限承载力为设计载荷的2.85倍,节点构造合理且安全可靠;支管不同受力特征对节点极限承载力影响较大,尤其以平面外杆件受拉较为不利,最大削弱10.9%;节点域不同构造措施对节点承载力有一定影响,横隔板数量不起决定作用,而与位置有关,最大相差4.9%;加劲板厚度对承载力影响不大,仅相差2.4%.     

贯穿式加劲肋对螺栓连接钢管节点轴压承载力影响的试验研究

各国现行钢结构规范中,对螺栓连接钢管节点的极限承载力均未提及具体的构造措施及计算方法。通过对8个带加劲肋的螺栓连接钢管节点试件进行了单轴受压承载力试验研究,探讨了该类节点在单轴受压条件下的承载力-变形曲线和破坏模式,并对环板、主管及支管的应力-应变情况进行了分析。研究表明:仅通过单轴试验就推出所有破坏模式过于武断,建议限定说明,使其更合理;采用环板、十字连接板对支管与主管进行螺栓连接并设置加劲肋的钢管节点,其破坏模式为环板局部面外失稳,设置加劲肋能有效抑制整体的面外失稳;其次,加劲肋板贯穿主管可以提高节点的整体刚度和极限承载力,且施工方便,是值得采用的节点设计方法之一。     

用外加劲肋加固T型圆钢管节点的试验研究

T型圆钢管节点主管轴向刚度较大,径向刚度较小,当通过支管向主管传递轴向力时,往往因为主管节点处径向承载力不够而发生较大变形甚至破坏,造成对支管强度的浪费。本文提出用外加劲肋加固T型节点,材料和施工成本较低。通过3组不同支管主管外径比的T型圆钢管节点承载力对比试验的研究,结果表明:由于外加劲肋的支撑,加固后的节点塑性区域扩大,节点极限承载力和变形能力提高,但极限承载力和变形能力的增幅随支管与主管外径比的增大而降低。工程中应根据不同支管与主管外径比,合理选择加劲肋尺寸。     

具有内加劲肋的空间多支管的圆管节点性能研究

以上海旗忠网球中心可开闭屋盖的关键节点为工程背景,对主管内部具有加劲肋的空间多支管的焊接节点性能进行了试验研究和数值分析。探讨了复杂管节点试验的加载方法,描述了节点的塑性应变、破坏形式和机理以及加劲肋的构造效应。节点具有较高的承载力,主管内加劲肋的设置有效提高了节点刚度和强度,改变了节点破坏的形式。增加加劲肋的数量或者厚度有助于增强节点强度,但合理安排加劲肋的位置比增加数量更为重要,随着加劲肋数量增多,厚度的作用减弱。     

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。     

空间网壳结构焊接相贯节点性能分析

焊接相贯管节点连接简便,承载性能好,用钢量小,在海洋平台、桥梁、高层,尤其是大跨度网壳结构中应用广泛.空间网壳结构节点区受力复杂,目前的节点设计规范没有给出大型、异型及轴力、弯矩组合作用下焊接管节点的承载力设计方法.因此,有必要对焊接管节点在多种荷载工况下的性能进行分析.本文以北京市某空间网壳结构植物园的焊接管节点为背景,计算了节点在轴力、剪力、弯矩及扭矩组合作用下的应力、变形分布,得到了节点极限承载力,分析了节点弹性、塑性阶段刚度和承载性能的变化,并通过对比分析探讨了设置加劲肋和改变节点构造形式对节点强度和刚度的影响,对节点进行了优化.分析结果表明,贯通管节点在复杂受力条件下可能出现节点区应力集中导致局部屈服,对节点整体刚度有较大影响;在节点内部设置加劲肋能够缓解节点相贯处的应力集中,有效阻隔屈服区沿管壁方向扩展,提高节点极限承载力.     

带肋异形K形相贯节点静力性能研究

首先对带肋异形截面K形相贯焊接节点进行缩尺模型试验,分析了节点在复杂受力工况下的应变发展过程,随后建立并验证了带肋异形K形相贯节点有限元模型。通过有限元计算对比分析了带肋节点和不带肋节点的应力分布、破坏模式和极限承载力,最后计算比较了节点在不同内外加劲厚度条件下的极限承载力。结果表明内、外加劲能够有效降低节点相贯区域应力,带肋节点相贯区达到材料断裂应变而发生破坏,带肋节点的极限承载力为不带肋节点的1.8倍,增大加劲板的厚度也可一定程度增大节点极限承载力。     

鞍板和环板加劲K形相贯节点承载力试验研究

为研究采用节点板、鞍板、环板加劲的K形相贯节点的受力特性,设计并制作了11个节点试件开展比例加载试验研究,得到其变形、应力分布及破坏模式等受力性能。利用经试验验证的有限元模型,分析了加劲组件和钢管参数对该类加劲相贯节点承载力的影响,并给出了受荷节点的力学模型。有限元分析和试验结果表明,该节点表现出无加劲相贯节点和带鞍板的管-板节点的受力特征,加劲构造能有效提高节点承载力。参数敏感性分析结果表明,增加支管和主管直径比、主管厚度、节点板长度和扇形鞍板圆心角可提高节点极限承载力。给出了极限承载力简化计算方法,计算结果和有限元分析及试验结果吻合较好。     

焊接残余应力对Y型相贯节点极限承载力影响分析

采用ANSYS的热 结构间接耦合、生死单元技术模拟Y型相贯节点的焊接过程;将牛顿-拉普森法和弧长法结合,求解Y型相贯节点极限承载力,给出求解流程;分析支管外径与主管外径比、支管倾角、主管径厚比等几何参数对Y型相贯节点极限承载力的影响,将考虑和不考虑焊接残余应力的计算结果进行对比分析。研究结果表明:焊接残余应力降低了Y型相贯节点的极限承载力;支管外径与主管外径比β越大,主管的径厚比γ越小,支管倾角θ越小,则Y型相贯节点极限承载力降低越多;结构设计时,保证强度和安全的前提下选择合适的支管外径、主管壁厚和支管倾角,可减小焊接残余应力对Y型相贯节点极限承载力的影响。     

变电站钢管塔架多支管空间节点受力性能研究

以青海佑宁750kV变电站塔架的复杂节点为背景,对两类空间多支管梁、柱节点进行了静力加载试验和非线性有限元分析。试验中采用足尺模型,试验装置为具有足够刚度的自平衡框架,制作梁、柱节点试件各2个,采用主动与被动加载相结合的试验加载方案。试验得到了节点的破坏模式、荷载 位移曲线、荷载 应变曲线及受力特性。在此基础上,建立了复杂节点的非线性有限元模型,并对节点的承载性能进行了分析。结果表明：主管部分属于节点的薄弱部位,两类节点都发生了主管凹曲变形破坏,且未出现支管和焊缝的破坏;另外,梁节点两试件出现了支管插板及其加劲板的受压弯曲破坏;加载至设计荷载值时,两类节点所有测点基本处于线弹性工作状态,且节点承载力富余较大,表明节点设计较安全。参数分析表明,主管径厚比 γ 对节点承载力影响显著,支主管直径比β₂及厚度比 τ₂对节点承载力具有一定影响;梁节点中,γ较小时,β₇对节点承载力影响较大;β₄、τ₄、β₅节点板与主管厚度比τ_J及插板与主管厚度比τ_c对各自节点承载力基本无影响。     

加劲肋对钢管相贯节点力学性能的影响

加劲肋可以提高钢管相贯节点的承载力及刚度,进而提高节点可靠性和结构整体稳定性.其中,加劲肋的平面尺寸、厚度、形状以及加劲肋是否贯穿钢管等对节点的刚度、承载力及延性有很大影响.以一个钢管相贯节点足尺试验为基础,通过一系列扩展的有限元模型来分析加劲肋厚与管厚比、加劲肋尺寸与管径比和加劲肋是否贯穿钢管等因素对节点承载力、屈服前后刚度以及延性的影响.研究结果表明,加劲肋可以显著提高节点承载力和刚度.对于仅焊于钢管外的加劲肋,合理的厚度比(加劲肋厚度与管壁厚度之比)为α=0.5 ～1.0;对于贯穿钢管的加劲肋,合理的厚度比为α=0.5 ～0.8;加劲肋边长与管径之比β的合理取值为0.6～1.     

设纵向加劲肋后矩形钢管混凝土柱屈曲机制分析及构造建议

针对搜集的38根设肋试件的轴压试验结果,采用ABAQUS进行了有限元计算。计算结果表明,轴压承载力与试验轴压承载力误差在7%以内,破坏模式与试验破坏模式吻合较好。根据相关试验数据,对加劲肋的工作机理及受力状态进行了分析。分析结果表明,平板加劲肋截面抗弯刚度对试件承载力有明显的影响,应选取合适加劲肋抗弯刚度及截面尺寸,才能既使组合构件的承载性能得到有效发挥,同时用钢量得到合理优化;钢管屈曲模式受加劲肋刚度的影响较大,随着加劲肋刚度的增大,钢管板件逐渐由在板件横向的一个半波转变为两个半波;当加劲肋刚度达到临界刚度后,加劲肋截面面积不再影响钢管屈曲模式,但试件的轴压承载力随加劲肋面积的增大而增大。     

矩形钢管柱-H形梁外加劲铸钢模块节点抗震性能试验研究

对矩形钢管柱-H形梁连接外加劲铸钢模块节点进行概念设计,并对该新型节点实施了循环往复加载的足尺试验,考虑了不同柱轴压比对节点抗震性能的影响。研究表明,提出的外加劲铸钢模块节点具有优良的延性、稳定高效的耗能能力、较大的承载力、合适的刚度,能充分利用节点域稳定剪切塑性耗能。经分析验证,现行节点域极限承载力公式经修正后可适用于外加劲铸钢模块节点;通过控制梁与节点域的相对强弱,可实现对节点屈服时序的控制。     

带有芯钢管的钢管混凝土节点的受力机理

在已破坏的钢管混凝土梁-柱节点试件上,截取尚未破坏的节点区域,研究带有芯钢管的钢管混凝土节点的受力机理。对节点采用不同加载方式使其破坏,从其破坏过程、破坏形态及荷载-位移曲线等方面,分析在不同加载方式下节点各组成部分的工作状态、特点及性能差异。研究结果表明:对节点全截面加载可得到节点的最大承载力,仅对芯钢管内混凝土加载可得到节点最小承载力,其最小承载力大于所连接的钢管混凝土柱的承载力,满足节点要求;对于不同加载方式,节点的芯钢管受力状态不同,但无论何种加载方式,芯钢管、外围密排环箍主要为间接受力,起约束核心混凝土的作用。     

加强T形方管节点的极限承载力研究

国家游泳中心的方管相贯焊接节点,除承受轴力外,还同时承受不可忽视的双向弯矩。通过有限元软件ANSYS对加强T形方管节点在复合受力作用下的极限承载力进行了数值模拟分析,采用的加强方式为在主管内部设置横向和纵向加劲肋。研究结果表明,3种加强方式对于T形节点的极限承载力都有不同程度的提高,且提高幅度与几何参数有关。     

带加劲肋焊接空心球承载力研究

在12个足尺带加劲肋空心焊接球节点单向加载试验的基础上,运用ABAQUS有限元软件,采用弹塑性线性强化材料本构模型建立有限元模型,考虑材料和几何非线性,利用弧长法对其受力过程进行分析,并将试验和模拟所得极限承载力值与规范推荐值进行比较.结合试验和有限元模拟,提出两条定量地判断试验中球节点极限荷载的标准.     

空腹钢管桁架内加劲节点抗弯性能试验研究

上海市某工程中采用了内设加劲肋的箱形截面弦杆与方钢管腹杆直接焊接形成的空腹桁架节点.为考察此类节点在平面内弯矩作用下的静力承载性能,分别进行了腹杆根部有无纵肋的2个对比试件的模型试验和有限元分析.试验结果表明,该类型节点的破坏模式为腹杆根部受拉侧翼缘与弦杆连接焊缝开裂、节点域剪切变形、腹杆受压翼缘局部屈曲等形式;增设纵肋可以阻止腹杆根部受压翼缘局部屈曲的发生,并使节点域腹杆翼缘上沿杆轴方向的应力分布更均匀,但是该措施降低了节点的变形c能力.与无加劲节点承载力公式值比较结果表明,该类节点的承载力有显著提高.     

受压加肋焊接空心球节点抗火试验研究

为研究火灾下受压加肋焊接空心球节点的性能,对2个足尺节点进行受火试验。通过试验得到了加肋焊接空心球节点在标准火灾下的节点表面温度场、不同荷载下节点的耐火时间、破坏形式以及位移特征。根据欧洲规范,建立了三维加肋焊接空心球节点的有限元模型,分析了火灾下节点温度发展规律及位移特征。有限元分析结果与试验结果的对比验证了有限元分析的正确性。研究结果表明：升温过程中,加肋焊接空心球节点中远离加劲肋处的球壳温度最高,靠近加劲肋以及钢管连接处的球壳温度较低;火灾下受压加肋焊接空心球节点的破坏具有突然性,破坏发生在钢管与球节点的连接处;荷载比大的球节点耐火时间短。     

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。