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。     

圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载性能试验研究

为了研究圆端形钢管混凝土中长柱轴压性能,考虑长细比、含钢率、高宽比3个变化参数,设计了 6个试件进行轴压静力单调加载试验,得到了试件的破坏形态、极限承载力、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线等数据,并分析参数变化对承载力的影响.试验结果表明:圆端形钢管混凝土中长柱受力过程经历弹性阶段、屈服阶段与破坏阶段,破坏形态为弹塑性失稳破坏;试件承载力与含钢率呈正相关,与长细比呈负相关,对于高宽比较大的试件,含钢率对承载力的影响更大.基于有限元软件ABAQUS的参数分析,建立圆端形钢管混凝土中长柱轴心受压承载力简化公式,计算结果与试验结果吻合良好.     

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。     

N型圆钢管相贯节点力学性能的试验研究

对承受支管轴力和主管轴力的N型圆钢管相贯节点、垫板加强节点、主管填充混凝土节点、主管填充混凝土和垫板加强节点试件进行了试验研究.综合比较了4种节点在破坏模式、受压支管荷载-主管管壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载力等方面的差异.试验结果表明,不同加强措施导致不同的节点破坏模式.填充混凝土能显著提高节点极限承载力,而加垫板提高幅度不大,但当主管径向刚度已经很大时,对主管加垫板可能反而降低节点的极限承载力.运用有限元方法对试验节点进行了非线性分析,得到了各试验节点的破坏模式、极限承载力、荷载-变形过程并与试验结果进行了比较.结果显示,二者吻合较好.     

双型钢混凝土转换梁柱节点抗震性能试验研究

以广东某高层建筑为工程背景,针对大跨度转换结构,提出了双型钢混凝土转换梁柱节点的构造组合形式,通过对2个转换节点的竖向和水平荷载作用下的低周反复荷载试验,研究了节点的破坏形态、承载能力、刚度、滞回特性、延性、耗能能力及关键位置钢筋和型钢的应变等性能。试验结果表明：转换梁内置双型钢腹板形成的封闭空间对混凝土有约束作用,提高了节点区混凝土的抗剪能力;双型钢混凝土转换梁柱节点的滞回曲线饱满,极限变形能力较强,承载力较高,刚度、延性和耗能能力均较好;被转换柱与双型钢混凝土梁采用“端板螺栓连接”实现了“在被转换柱底部先出现塑性铰”,达到了“强梁强柱,更强节点”和“强转换层,弱框架层”目的。     

圆钢管T形相贯节点平面内抗弯承载力试验及计算理论研究

开展圆钢管T形相贯节点平面内抗弯承载力试验研究,考察T形相贯节点的抗弯承载力特性、破坏模式和计算理论。试验结果表明,T形相贯节点的破坏模式为局部屈曲破坏,随着荷载增加,节点区域主管中间位置应变发展最快,首先进入塑性并发生局部屈曲失效;继续加载后,焊缝产生撕裂破坏。对T形相贯节点进行非线性有限元模拟以研究其抗弯承载力特性,分析得到的节点荷载-位移曲线与试验结果吻合较好;节点发生局部屈曲失效,与试验破坏模式相一致。最后,分析了两个无量纲化几何特征参数对节点抗弯承载力的影响,并提出了节点抗弯承载力计算公式。     

碳素方钢管腹板屈曲性能试验研究

对碳素方钢管在集中荷载作用下的腹板屈曲性能进行单调加载的试验研究。实施50个不同边界条件、加载条件、支承板宽度和截面高度的碳素方钢管试件的腹板屈曲性能试验。介绍了碳素方钢管腹板屈曲试验方案,描述了碳素方钢管在端部和内部集中荷载作用下的破坏模式,给出荷载-端位移曲线以及腹板区域应变强度分布曲线,并将边界条件、加载条件、支承板宽度和截面高度对碳素方钢管腹板屈曲极限承载力和延性的影响进行讨论。试验研究结果表明:碳素方钢管腹板屈曲极限承载力随着支承板宽度的增大而增大;当支承板宽度为50mm和100mm时,腹板高厚比为18时极限承载力达到最大;当支承板宽度为150mm时,腹板高厚比为12.55时腹板屈曲极限承载力达到最大;腹板高厚比为24.67时达到腹板屈曲极限承载力的最小值。受压腹板中部应变测点全部进入塑性并最终形成塑性铰区域。内部一侧翼缘加载(IOF)的极限承载力最高,内部两侧翼缘加载(ITF)的极限承载力次之,端部一侧翼缘加载(EOF)和端部两侧翼缘加载(ETF)的极限承载力最低。有限元方法较好地模拟了试验破坏模式和极限承载力。采用中国钢结构设计规范的碳素方钢管腹板屈曲极限承载力计算值远大于其腹板屈曲极限承载力试验值,中国钢结构设计规范用于腹板屈曲承载力的计算偏于危险;采用欧洲钢结构设计规范的碳素方钢管腹板屈曲极限承载力计算值又远小于其腹板屈曲极限承载力试验值,欧洲钢结构设计规范用于腹板屈曲承载力的计算偏保守。提出的碳素方钢管腹板屈曲极限承载力计算公式则较好地预测了试验值。     

空间相贯圆钢管节点受力性能试验研究与有限元分析

以武汉天河机场T3航站楼为工程背景,对航站楼屋盖结构中典型空间相贯节点(X+KT形节点)的静力性能进行了足尺试验研究和有限元分析。根据最不利设计荷载工况,对节点试件进行多点同步加载,得到了节点的受力性能、破坏模式和各杆件变形。根据试验节点实测尺寸建立非线性有限元分析模型,对试验节点进行数值模拟,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:试验节点具有较高的安全储备,其破坏模式为受压支管根部局部屈曲破坏。由于试验节点存在主管强、支管弱的特点,节点破坏不属于规范规定的主管过度塑性变形的破坏模式,因此规范中的承载力计算公式不再适用,运用有限元分析方法计算相贯节点承载力是一种有效的方法。     

合肥新桥国际机场航站楼转换节点受力性能试验研究

为研究合肥新桥国际机场航站楼屋盖大跨度刚架转换节点的受力性能,对2个转换节点模型进行了静力加载试验研究。试验测定了转换节点模型的荷载-位移曲线、面外位移,以及各关键位置的应变,得到了转换节点的破坏模式,并建立了有限元模型,将试验结果与有限元计算结果进行了对比和分析。研究结果表明：在设计荷载作用下试件处于弹性状态,证明了设计的合理性和安全性;在极限荷载作用下,试件ZHJD-1为焊缝断裂的脆性破坏,试件ZHJD-2为钢管的压屈破坏;试验结果与有限元结果吻合较好,初始缺陷对转换节点的受力性能影响不敏感。     

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。     

T形钢管混凝土插板连接节点受弯性能研究

采用精细化有限元分析方法对T形钢管混凝土插拔连接节点的平面内受弯性能进行了研究.首先通过与试验结果进行对比,验证了精细化有限元模型的正确性和准确性.在此基础上研究了主管壁厚、支管壁厚、主管形式和混凝土强度对节点破坏模式和承载力的影响.结果表明,钢管混凝土插板连接节点的破坏模式和钢管插板连接节点不同,为主管冲剪破坏和支管...     

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。     

垫板加强N形圆钢管相贯节点静力性能试验研究

为研究加强垫板对承受支管轴力和主管轴力的N形圆钢管相贯节点静力性能的影响,对未加强节点和垫板加强节点试件进行了试验研究,并运用有限元方法对试验节点进行了非线性分析。比较试验与有限元分析得到的极限承载力结果和破坏模式,发现二者吻合较好。改变垫板各几何参数,对加强节点进行有限元分析。结果表明,加强垫板可以降低节点应力集中系数、减小局部变形、提高节点极限承载力;增大垫板长度和弧度对节点极限承载力的影响很小,而增大垫板厚度可有效提高节点极限承载力,但当垫板厚度增大到一定值时,再增加垫板厚度对节点极限承载力提高无益而对结构整体受力不利。     

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.     

空间KK型钢管—板节点受力性能分析

针对特高压输电塔结构空间KK型钢管—板节点进行非线性有限元分析,考查了节点的破坏模式和极限承载力。重点分析了腹杆加载比例、几何参数和主管应力比等对空间KK型钢管—板节点极限承载力的影响。结果表明,腹杆加载比例为正时,节点极限承载力随其增大而显著降低;腹杆加载比例为负时,其对节点极限承载力的影响不大;主管应力比对节点极限承载力的影响随腹杆加载比例的变化而对节点的受力性能形成复合影响效应。在此基础上,通过对数值结果的回归分析,并综合考虑各种因素对节点极限承载力的影响,提出了该类节点的极限承载力计算公式。     

不同刚度比下防屈曲支撑钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究不同刚度比防屈曲支撑(buckling-restrained brace,BRB)钢筋混凝土框架的抗震性能,设计并制作了3榀BRB水平刚度与主体框架抗侧刚度比值分别为3、5、7的减震框架,通过低周往复荷载试验,对比研究其耗能减震能力、破坏形态、BRB连接节点及节点板性能、BRB转动变形性能、BRB端部附加弯矩产生机制等,探讨与BRB连接的梁、柱构件设计方法。研究结果表明：3榀框架滞回曲线饱满,耗能能力稳定,随着刚度比的增加,屈服荷载及极限荷载提高,BRB连接节点破坏越严重;BRB连接节点板的存在使框架柱塑性铰位置由柱端移至节点板趾部附近区域;水平荷载作用下,各框架中BRB端部由于转动变形产生附加弯矩,转动变形与层间位移角近似呈线性变化关系;加强消能子结构的延性构造措施是实现大变形下BRB充分耗能的有效途径。     

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。     

PEC柱-型钢梁框架中节点抗震性能试验研究

为研究部分包裹混凝土(PEC)柱-型钢梁框架中节点的抗震性能,以端板厚度、柱翼缘宽厚比以及是否增设背垫板为参数,对4榀焊接H形钢部分包裹混凝土柱-型钢梁框架中节点进行低周反复荷载试验,分析其破坏模式、承载力、滞回性能及延性等。并以此为基础,建立有限元拓展模型。试验和有限元结果表明：各节点滞回曲线均为饱满的梭形;节点处梁翼缘、腹板变形明显,节点域出现塑性铰;端板厚度由18mm增加到24mm,节点承载力提升7.1%;柱翼缘宽厚比由8减小到6,节点承载力提升17.3%;增设背垫板后,节点承载力提升14.2%;加载过程中节点刚度退化稳定,屈服后承载力退化系数约为0.9;节点位移延性系数介于3.72~5.34之间,等效黏滞阻尼系数介于0.537~0.619之间;节点破坏时,层间位移角介于1/26~1/24之间,变形性能满足抗倒塌设计要求。基于节点受力分析,建立节点域抗剪计算模型,提出PEC柱-型钢梁框架中节点受剪承载力计算公式,计算结果与试验值及有限元模拟结果较为吻合。     

加强型空间复杂节点试验研究

本文对5个加强型空间复杂节点在轴向荷载作用下的受力性能进行了静力加载试验。采用多功能反力加载系统进行加载试验,考察节点的应力分布状况、传力路径和破坏形态。研究表明,合适的插板放置方式不仅能够增加施工便利性,还能够改变节点的传力路径、减少主管的变形,进而大幅度提高节点承载力。5个试验节点均具有一定的安全储备,节点构造方式可行有效。