铝合金网壳结构中新型铸铝节点受力性能试验研究

为研究某植物园铝合金网壳结构中新型铸铝节点的受力性能,进行了3个足尺节点试件的加载试验,考察了3种典型受力情况下铸铝节点的受力性能和破坏机理。试验结果表明,该铸铝节点平面外的抗弯刚度较大,但平面内的刚度较小,且属于半刚性连接节点;螺栓孔处截面是节点的薄弱部位;铸铝节点本身的破坏形式为脆性断裂破坏,延性较差,节点破坏前无明显征兆。同时,还对该铸铝节点在上述3种荷载作用下的受力性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比。结果表明,有限元与实测结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性和可靠性;同时,有限元结果给出了节点在荷载作用下的应力整体分布状况及随加载过程的变化趋势。基于试验和有限元分析结果,建议在铸铝节点设计中考虑采用合适的安全系数,避免突然破坏。     

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。     

钢管混凝土柱巨型交叉节点受力性能研究

在一超高层结构工程中,外框架采用了焊接钢管混凝土边柱和夹角为12°的斜柱交叉形成高达6层且与6层楼面梁相接的巨型交叉节点,该节点构造复杂。节点边柱的轴向荷载不平衡在节点处产生剪力,同时,由于斜柱承受的轴向荷载巨大,该巨型节点受力复杂。为研究该节点的受力性能,对其进行了大比例模型加载试验。试验在最不利工况（1.2×重力荷载+1.3×设防地震作用）下： 1) 在设计荷载作用下节点试件整体仍然处于弹性工作状态; 2) 增大边柱不平衡力,对节点试件的平面内侧移有一定的影响,而对平面外变形基本没影响; 3) 对斜柱轴向荷载进行卸载,将节点由压剪转换至更不利的拉剪受力状态,节点未破坏; 4) 施加斜柱轴向荷载超过设计承载力的2倍,节点试件最终在斜柱两端出现局部鼓起而发生破坏,说明该交叉节点的设计符合我国规范“强节点弱构件”的设计原则。在整个加载过程中,节点区域并未产生剪切破坏面,钢管内部设置的纵向内隔板和加劲环板使得钢管与混凝土协同工作,节点构造合理。通过合理的简化,对该节点试件进行了三维非线性有限元分析,其荷载 变形曲线以及破坏模式与试验结果吻合良好。     

CCTV新台址主楼外筒“米”形节点滞回性能数值研究

在中央电视台(CCTV)新台址主楼外筒"米"形节点试验研究的基础上,建立了两种试验节点的有限元模型,分析了它们在反复荷载作用下的受力性能与破坏机理,并与试验结果进行了对比分析;数值分析中考察了支撑荷载偏心对节点承载力及滞回性能的影响;提出了考虑层间位移影响的框架-节点计算模型,研究了节点承载力及滞回性能。通过比较框架-节点模型的有限元计算结果与试验模型的试验结果,观察及评估了楼层层间位移对节点承载力及滞回性能的影响,其结论可用于对已有试验进行补充;研究了包含多个节点的双层框架有限元模型,考察了各节点在结构中共同受力时的承载性能及破坏模式,该分析将有助于综合评价结构外筒体系的抗侧承载性能。全面的有限元分析结果作为对节点试验的扩充,同样可以作为CCTV新台址主楼钢结构工程施工图审查及项目实施的依据。     

钢管混凝土加劲环管板节点受力性能研究

为研究钢管混凝土加劲环管板节点在轴向拉力作用下的受力性能,开展了3个节点试件的单调加载试验,分别得到了管板节点加强前后的荷载-位移曲线和破坏模式。试验结果表明：SPR节点在单调荷载作用下主管和加劲环发生局部屈曲,表现为延性破坏;CFT节点在荷载作用下主管壁发生剪切破坏,荷载-位移曲线没有明显的屈服段,表现为脆性破坏;CFTR节点在荷载作用下,连接板处加劲环发生剪切破坏,同时加劲环局部V形屈曲;加劲环能够明显提高管板节点的承载力,同时改善节点的塑性性能;相较于主管外设加劲环,主管内部填充混凝土具有更好的承载力提升效果,节点的刚度变大但塑性性能变差;钢管混凝土加劲环管板节点具有加劲环和混凝土的双重特性,在显著提高节点承载力的同时保障节点塑性性能。在264个有限元模型参数分析的基础上,得到了双加劲环管板节点受拉承载力的计算方法,给出了加劲环厚度和宽度组合的设计建议。基于极限分析的塑性铰线方法,推导出SP节点和SPR节点极限承载力的理论计算模型,计算结果与有限元结果吻合较好。     

不同螺栓边距对槽钢连接性能影响的研究

GB 50017—2003《钢结构设计规范》未对槽钢螺栓连接下螺栓边距值明确规定。为研究不同螺栓边距对槽钢螺栓连接性能的影响,设计了2组试件进行受力试验,并运用ABAQUS建立有限元模型进行分析,最后对试验结果与有限元结果进行了对比。试验得到的破坏模式、荷载-位移曲线和极限承载力与有限元分析结果吻合较好,建立的有限元模型能够准确模拟槽钢螺栓连接的受力性能。通过对18组槽钢螺栓试件的连接性能进行有限元参数分析,对《钢结构设计手册》中的螺栓边距值提出了修正建议。     

弯剪状态下铝合金板式节点的静力试验及有限元分析

为研究铝合金板式节点弯剪作用下的受力特性,对足尺试件进行静力加载试验.试验测得了板式节点的荷载-位移曲线、荷载-滑移曲线以及关键位置的应变.同时对节点试件进行了有限元分析,并将试验结果与数值计算结果进行了对比.研究结果表明:加载结束后,杆件承受的最大弯矩约为其纯弯状态下强度设计值的0.88倍;试件上盖板存在明显的传递路径和高应力区,而下盖板高应力区域主要集中在与主受力杆件顶端对应的位置;各工字铝构件总体上处于弹性工作状态,且杆端剪力通过腹板分别传递至上、下翼缘后经盖板传递至其他杆件;盖板和工字铝翼缘板间产生明显的相对滑移;垂直于主受力方向的环槽铆钉受力最为不利,呈剪切受力状态,但由于不锈钢的强度较高,并未出现铆钉破坏;板式节点的有限元分析结果与试验结果吻合较好,反映了本文有限元模拟方法的可靠性.     

山地受限区域直线旋转输电角钢塔转换层承载力试验研究

为研究直线旋转输电角钢塔转换层结构的承载能力,对该结构足尺转换层节点进行了承载力试验研究。以1个直线旋转塔转换层节点试件作为研究对象,通过足尺转换层节点试件的承载力试验,获取其变形及应变在荷载作用下的变化规律,研究直线旋转塔转换层的承载力和受力机理。研究表明:直线旋转塔转换层节点试件在荷载作用下的最不利位置出现在转换层连接节点处;试件各杆件在试验荷载下处于弹性状态,其承载力性能和变形性能符合设计要求,有较好的安全储备;转换层刚度与整体试件刚度匹配较好,协同工作性能好。     

铝合金网壳箱形-工字形杆件盘式节点受力性能试验研究

为研究铝合金网壳箱形、工字形截面杆件盘式连接节点(又称TEMCOR节点、板式节点)的受力性能,对南京牛首山佛顶宫工程典型铝合金盘式节点足尺试件进行了静力加载试验,采用通用有限元程序ABAQUS对加载过程进行全过程数值模拟。在进行静力加载试验时,铝合金杆件端部采用铰接,在节点盘中心区域设置加载板进行竖向加载。研究结果表明：在节点盘中心竖向荷载作用下试件发生脆性破坏。对向两杆为箱形截面（试件JD1）时,箱形截面杆件下翼缘发生断裂,上下节点盘屈曲,且与断面相邻的螺栓被拉断;对向杆件为工字形截面（试件JD2）时,下节点盘发生块状撕裂,破坏时铝合金型材及螺栓均无屈曲和破坏。在极限荷载作用下,试件JD1杆件腹板及节点盘仍处于弹性工作状态,箱形截面中性轴位于截面中间;试件JD2铝合金型材处于弹性工作状态,工字形截面中性轴位于截面强轴以下1/6腹板高度处,下节点盘在α=60°及α=180°方向应力较大,接近屈服强度。试件JD1的极限荷载和初始刚度均约为试件JD2的1.5倍。根据对称性建立的节点试件数值模型分析所得的局部应力、荷载-位移曲线及弯矩-转角曲线与试验结果吻合较好,可以用于此类节点的数值模拟。     

板锥柱面网壳结构的试验研究与有限元分析

为研究板锥网壳结构的实际承载能力和破坏全过程,了解结构的受力性能和整体刚度,对板锥柱面网壳结构进行模型试验研究。对试验模型的细部构造进行设计,确定上弦节点、下弦节点、支座节点、锥体成形及连接构造。对两纵边支承的试验模型在正常荷载工况和破坏荷载工况下进行加载试验,并采用ANSYS软件对试验模型进行非线性有限元分析。结果表明：板锥柱面网壳的整体刚度大,在正常荷载模式下,结构的变形很小,最大竖向位移与跨度的比值为1/3787,弦杆的受力主要是沿拱轴方向传递;在破坏荷载模式下,锥体的节点板连接处率先发生局部屈曲,之后焊点破坏,结构丧失承载能力。有限元与试验所得承载力最大误差为11%,破坏模式基本一致,所用有限元分析方法可靠。     

中小跨径板式橡胶支座梁桥横向抗震设计研究

为提高中小跨径板式橡胶支座梁桥在强震作用下的横向抗震性能,在总结汶川震区该类梁桥震害特点和国内外桥梁抗震设计规范中相关抗震设计策略规定的基础上,归纳当前我国板式橡胶支座梁桥横向抗震体系存在的问题,提出适合我国中小跨径板式橡胶支座梁桥的横向抗震设计方法,即允许上、下部结构连接构件牺牲的准隔震设计方法,介绍该抗震设计方法设计思想,给出在两设防水准下结构各部件的性能目标要求。选择一座典型板式橡胶支座简支梁桥为研究对象,基于文中抗震设计方法的设计思想,提出采用新型隔震系统对计算桥例进行准隔震设计。结果表明：通过对横向限位装置力学性能参数的合理设计,通过桥梁结构在强震作用下板式橡胶支座的滑移、横向限位装置的损伤或牺牲,控制上、下部结构间传递的梁体惯性力,保护墩柱和基础等下部结构免遭严重损害,同时能有效控制墩梁相对位移,防止过大的梁体移位导致的交通阻断、甚至落梁。     

Structural behavior of asymmetric spindle-shaped Tensairity girders under bending loads

The load bearing behavior of an asymmetric spindle shaped Tensairity girder is studied experimentally and compared to finite element analyses. The influence of the air pressure on the stiffness of the structure is investigated for homogeneous distributed load, asymmetric distributed load and a local load at the center of the structure. An overall good correlation between experiments and finite element predictions was found. An analytical model based on two coupled ordinary differential equations is presented and solved for the homogeneous distributed load case. The role of the form of the Tensairity girder on the stiffness is investigated by comparing the load-deflection behavior of the asymmetric spindle shaped girder with a cylindrical shaped girder.     

部分剪力连接预应力组合箱梁受弯性能试验研究

为研究剪力连接程度对预应力钢与混凝土组合箱梁的界面相对滑移、挠度及受弯承载力的影响,设计制作了4根不同剪力连接程度预应力钢与混凝土组合箱梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行了受弯性能试验研究。研究表明,随着剪力连接程度的降低,变形及界面滑移明显增大,承载能力有所降低,但并不与剪力连接程度成正比关系,连接程度为0.5的组合箱梁承载力较完全连接组合箱梁降低不到30%。结合国内外7根部分剪力连接组合梁试验资料, 运用最小二乘法,对欧洲规范EC4中关于部分剪力连接组合梁承载力计算公式进行了修正。结果表明,修正值与实测值吻合良好,满足工程精度要求。     

木材-钢填板螺栓连接的承载能力试验研究

文章主要研究木材-钢填板螺栓连接在顺木纹受拉时的承载能力。通过试验研究,对4组不同木材厚度共20个螺栓连接试件的结构性能进行了对比,同时深入研究了其不同破坏模式和破坏机理。木材-钢填板螺栓连接的破坏模式、承载力大小及其延性性能均与连接中侧材厚度的相对大小有关。木材-钢填板螺栓连接在现代木结构中具有广泛的应用前景,本文研究成果可为我国现代木结构的加工、设计和应用提供参考。     

考虑板式支座滑移的中小跨度梁式桥振动台试验

基于汶川地震中小跨度梁式桥普遍出现的板式橡胶支座滑移典型震害,采用大比例全桥振动台试验手段探究了考虑板式支座滑移对该类桥梁抗震性能影响。以一座25m跨径的标准简支T梁桥为例,设计了1/4缩尺比的全桥试验模型,选取一条近场脉冲型实际地震动记录作为振动台试验输入,对不同墩梁横向约束体系的结构开展了一系列振动台试验研究。试验结果表明：①强震作用下板式橡胶支座与梁底间会出现摩擦滑移效应,从而在一定程度上对下部结构起到隔震作用;②在地震动较小时,常规横向混凝土挡块可以起到一定限位效果,但在强震作用下,随着板式橡胶支座开始发生滑移,混凝土挡块的限位效果逐渐减弱,同时混凝土挡块还会造成下部结构较大的地震损伤;③新型弹塑性挡块具有良好稳定的滞回耗能能力,可有效控制强震作用下墩梁间最大相对位移需求,减低其震后残余位移,同时弹塑性挡块的屈服还可避免下部结构造成严重地震损伤。     

分布式连接全装配钢筋混凝土楼盖板缝节点平面内受力性能试验研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖板缝节点平面内受力性能,进行了5种共18个板缝节点在平面内水平单调荷载、低周反复荷载和拉剪复合作用下的足尺模型试验,对板缝节点的受剪承载能力、破坏形态、滞回曲线、位移延性、耗能能力和拉剪复合受力性能进行了较为系统的研究。研究表明：除SPC和SP-CPC节点外其他3种板缝节点均具有较好的受剪承载力和刚度,且节点承载力可由叠加法简化计算;HPC节点、CPC节点和HP-CPC混合式节点具有较好的滞回性能、耗能能力和位移延性,是较为合理的板缝连接节点形式;拉力的存在削弱了板缝节点受剪承载力,且拉剪比越大削弱程度越高;高拉剪比下节点的延性较差,在极限荷载下易发生类似螺栓群连接中的“连锁破坏反应”,设计时需对高拉剪比区的连接件进行改进和加强,以满足楼盖对板缝节点延性的要求。     

钢框架梁端翼缘板加强型节点的数值研究

针对翼缘板参数对钢框架梁柱节点抗震机理的影响,对8个1/2尺寸的T型有限元翼缘板加强型节点模型进行低周反复荷载作用下的滞回性能研究,采用有限元软件ANSYS进行模拟分析,得到满足节点抗震要求的翼缘板参数取值数据。研究结果表明,翼缘板加强型节点的塑性铰在距离翼缘板端部1/3梁高位置处形成,翼缘局部屈曲明显,腹板凸凹严重,节点域屈服,塑性铰外移现象明显。同时,翼缘板参数对节点的承载力和延性有明显影响,当翼缘板的长度增加时,节点的承载力有所提高,但其滞回性能和延性降低;当翼缘板的厚度增加时,节点承载力变化不大;翼缘板长度较大(大于1倍梁高)时,柱翼缘发生局部屈曲,违背了"强柱弱梁"的设计思想。建议翼缘板参数取值范围:翼缘板长度为梁高的0.5～1.0,厚度为梁翼缘厚度的1.2倍～1.4倍。     

后张无黏结预应力干式连接梁柱节点抗震性能试验研究

为研究后张无黏结预应力干式装配梁柱节点在低周往复荷载作用下的抗震性能,对其进行了拟静力试验研究。试验中设计了2个常规现浇梁柱节点和4个装配式梁柱节点,包含中节点和边节点。对比分析了现浇节点和装配节点滞回性能、刚度、承载能力以及变形能力差异。试验结果表明：试验中设计的后张无黏结预应力装配式梁柱节点试件在初始刚度、承载能力、变形能力以及损伤控制等方面均优于传统的现浇节点试件,耗能能力略低;进一步研究了后穿耗能钢筋无黏结段位置对装配节点性能的影响,认为后穿耗能钢筋无黏结段设置在柱外时,装配节点呈现更高的耗能能力和变形能力;装配式节点预应力钢绞线在1/20大位移角下仍能保持弹性,梁柱接触面基本无摩擦滑移,该类装配式节点具有良好的整体性和安全性。     

双腹板顶底角钢半刚性节点的滞回性能研究

运用非线性有限元软件ABAQUS,系统研究钢框架双腹板顶底角钢半刚性节点的滞回性能。在考虑材料非线性、几何非线性和接触非线性的基础上,对该半刚性节点进行位移控制的循环加载。并重点研究连接摩擦系数、角钢长度、角钢厚度、螺栓级别和直径、螺栓排列方式、螺栓预应力及钢材等级对节点承载力和滞回性能的影响。有限元分析结果表明:钢框架双腹板顶底角钢半刚性节点在循环荷载作用下具有良好的延性;角钢厚度、螺栓级别、直径和螺栓排列方式对节点的承载力和耗能性能影响明显,增大螺栓预应力,节点延性下降;钢材等级对节点滞回性能影响不明显。     

Development of performance assessment tools for a highway bridge resulting from controlled progressive monitoring

As highway bridges continue to deteriorate given the increased service life, increase in vehicle demand and exposure to harsh environmental climates, new methods of monitoring their in situ performance are of high priority. Damage within the structure can alter various load demand and capacity characteristics, affecting the overall integrity of the bridge. Discussed in this paper is the monitoring of a simple span bridge superstructure under various induced damage states. Strain measurements were recorded at the midspan and north abutment of each girder. Six levels of damage progression were implemented at a rocker bearing and various diaphragms to girder connections. Transverse load distribution factors (DFs) and neutral axis (NA) locations were measured for each damage case and evaluated against the baseline undamaged response. These measurements serve to provide a possible method of damage detection using load-testing parameters already employed by various transportation agencies. Next, a performance index (PI) is developed for this stringer/multi-girder bridge utilising the NA and DF response from the steel girder system and the allowable stress design load-rating data. The ratio of NA to DF was compared to the inventory load rating for each girder at each damaged state. The data were fitted with a power regression model to form the PI. Furthermore, a 95% prediction interval was used around the predicted response to capture all the data from the testing. The model was applied to the damaged structure as well as two additional stringer/multi-girder bridges. The objective of the PI is to complement existing qualitative assessment protocols with quantitative results for improving the condition assessment process.