Investigation on compressive behavior of grout-filled GFRP tube repairing corroded CHS T-joint

为研究GFRP管夹层灌浆修复锈蚀钢管节点的受压性能，改变支主管直径比、锈蚀率及修复构造，完成8个T形圆钢管节点的支管轴向受压静力加载试验。通过对主管加速锈蚀及GFRP管夹层进行灌浆修复，实测各钢管节点的破坏模式、荷载 变形曲线和荷载 应变曲线，分析节点受压承载力和初始刚度。结果表明：质量损失10%的主管锈蚀会使T形圆钢管节点受压承载力下降近20%，但未改变节点的失效模式；主管GFRP管夹层灌浆修复使锈蚀T形圆钢管节点的受压承载力提高100%左右，且较未锈蚀对比T形圆钢管节点可提高约70%；GFRP外管的约束作用是提升节点受压性能的关键，采用无约束作用的PVC外管会使灌浆层过早开裂并剥离，修复效果一般；主管焊接连接键可以增强钢管与灌浆夹层之间的锚固，其对PVC管夹层灌浆修复锈蚀节点的提升作用更明显，但对有GFRP约束修复T形圆钢管节点的贡献很小。建立并验证了各类T形圆钢管节点的有限元模型，揭示未修复节点主管塑性化变形失效机制，以及GFRP管夹层灌浆的约束作用对于锈蚀节点受压性能的提升机理。     

GFRP管夹层灌浆修复锈蚀圆钢管T形节点受压性能研究

为研究GFRP管夹层灌浆修复锈蚀钢管节点的受压性能，改变支主管直径比、锈蚀率及修复构造，完成8个T形圆钢管节点的支管轴向受压静力加载试验。详细介绍了主管加速锈蚀及GFRP管夹层灌浆修复的方案，实测了各试件的破坏模式、荷载-变形曲线和荷载-应变曲线，分析了节点受压承载力和初始刚度。结果表明：10%重量损失的主管锈蚀会使节点受压承载力下降近20%，但未改变节点的失效模式；主管GFRP管夹层灌浆修复使锈蚀试件的受压承载力提高1倍左右，且较未锈蚀对比试件可提高约70%；GFRP外管的约束作用是实现节点受压性能提升的关键，采用无约束作用的PVC外管会使灌浆层会过早开裂并剥离，修复效果一般；主管焊接连接键可以增强钢管与灌浆夹层之间的锚固，其对PVC管夹层灌浆修复修复试件的提升作用更明显，但对有GFRP约束修复试件的贡献很小。建立并验证各类试件的有限元模型，揭示了未修复与GFRP管夹层灌浆修复锈蚀节点的受压机理。     

圆钢管混凝土桁架K形节点极限承载力计算方法研究

圆钢管桁架在主管内填筑混凝土,可有效提高其承载力。为了获得圆钢管混凝土桁架K形节点受力性能和承载力计算方法,研究了在受拉或受压支管处K形节点的失效模式和破坏机理;基于圆钢管混凝土K形节点在不同失效模式下的破坏机理和受力状态,分别对支管截面形式为圆形或矩(方)形的圆钢管混凝土K形节点建立合理的简化计算模型,推导出不同失效模式下K形节点极限承载力计算公式,并给出相应的极限承载力建议公式。试验验证了圆钢管混凝土K形节点的试验值与计算值吻合较好,研究表明圆钢管混凝土K形节点的极限承载力计算公式的准确性,可应用于圆钢管混凝土桁架结构计算和设计,也为相关标准建立和完善提供理论依据。     

钢管/GFRP管约束再生混凝土柱偏心受压试验

以再生粗骨料取代率和膨胀剂掺量为参数,完成了4个钢管约束和4个玻璃纤维增强塑料（GFRP）约束再生混凝土柱试件的偏心受压试验,对钢管约束和GFRP管约束再生混凝土试件的极限荷载和轴向变形进行了对比分析,并对试件的极限荷载试验值与计算值进行了对比。结果表明:100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的极限荷载比普通混凝土试件低,混凝土强度相同时,GFRP管约束再生混凝土试件偏心受压极限荷载比钢管约束试件低;膨胀剂可以提高钢管和GFRP管约束试件的偏心受压极限荷载,并且对GFRP管约束试件作用更为显著;GFRP管约束试件的变形能力比钢管约束试件大,100%再生粗骨料取代率再生混凝土试件的变形能力比普通混凝土试件大。     

主管灌混凝土平面X形圆钢管节点受压承载力试验研究

对6个不同截面几何参数主管中灌混凝土的平面X形圆钢管节点在支管轴向压力作用下的承载性能进行单调加载试验研究。描述了X形圆钢管混凝土节点破坏现象,给出了支管轴力-整体位移曲线、支管轴力-主管管壁变形曲线以及节点区域折算应变分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点承载力和抗压刚度的影响进行分析。结果表明：节点初始抗压刚度随着β、γ的增大而提高,而τ对初始抗压刚度影响很小;所有节点试件主管测点都未进入塑性,均为支管根部冠点首先进入塑性,且直到破坏时折算应变一直保持最大;主管灌混凝土使钢管节点承载力明显提高。有限元计算结果与试验结果吻合较好。     

平面X形圆钢管混凝土节点平面外受弯性能试验研究

为了解平面X形圆钢管混凝土节点的平面外受弯性能,分别对4个主管填混凝土和4个支管填混凝土的平面X形圆钢管节点进行支管平面外弯矩作用下的试验研究。考察了支管、主管分别填混凝土2种情况下节点的破坏模式和应力分布,并分析了钢管内混凝土对节点平面外抗弯刚度及承载力的影响。试验中支管填混凝土节点出现了主管塑性、支管局部屈曲和支管受拉侧焊缝或热影响区管壁开裂的破坏模式,主管填混凝土节点则发生了支管局部屈曲及支管受拉侧焊缝开裂破坏。主管填混凝土节点与支管填混凝土节点相比,由于主管内填混凝土对于主管管壁的局部变形起到明显的约束作用,明显提高了主管的径向刚度,增大了节点的平面外抗弯刚度。实测节点承载力与欧洲规范计算的空钢管节点理论承载力比较表明,主管内填混凝土能极大提高节点平面外受弯承载力,最大可提高132%;支管内填混凝土可使节点平面外受弯承载力最大提高60%。     

薄壁圆钢管的节点力学性能研究

对薄壁圆钢管节点力学性能展开研究,通过受压试验对薄壁圆钢管受力过程进行分析,得出其受力变形分为弹性形变、屈服阶段、突变阶段,决定薄壁圆钢管结构性能的关键因素在于其节点。进行薄壁圆钢管T型构件板接节点受拉承载作用研究并进行试验对比,轴拉荷载作用下剪切应力分布均匀,板接节点的荷载偏心距对受弯承载力有重大影响,点板厚度和主管直径对其承受荷载能力影响不大,在此基础上得出其工程应用的一般计算式。     

开洞T形圆钢管相贯节点极限承载力研究

为分析开洞T形圆钢管相贯节点极限承载力,确定开洞率对节点极限承载力的影响规律,并给出T形圆钢管相贯节点的开洞设计建议。首先对支管轴心受力T形圆钢管相贯节点的受力机理进行了阐述,建立了参数化节点有限元计算模型,参数包括:支主管管径比、支主管管壁厚度比、开洞率和支管受力状态,并对160个支管轴心受力节点模型进行了非线性有限元分析。结果表明:开洞对支管轴心受拉节点的影响大于支管轴心受压节点;其他条件不变时,支管壁厚越大,极限承载力也越大;满足一定条件时,支管轴心受压T形圆钢管相贯节点开洞率可取到0. 5,而支管轴心受拉节点开洞率只可取到0. 25。     

主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯性能试验研究

对主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点在支管平面内弯矩作用下的极限承载性能进行单调加载的试验研究。实施6个不同截面几何参数的主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯极限承载力试验。介绍了节点试验方案,描述了X形圆钢管混凝土节点平面内弯曲破坏现象,给出荷载-支管端位移曲线、弯矩-主管局部变形曲线、弯矩-转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和平面内抗弯刚度的影响进行讨论。试验研究结果表明:主管灌混凝土后并没有在主管中形成明显的刚域;在一定参数条件下,主管中灌混凝土的X形圆钢管混凝土节点平面内受弯极限承载力、抗弯刚度均随着β、τ值的增加和γ值的减小而提高;各试件在最大弯矩作用下,所有试件的支管根部测点都进入塑性,主管上大部分测点保持弹性状态;主管中灌混凝土对圆钢管节点平面内抗弯极限承载力有一定的提高,在一定参数条件下提高甚至达到48%,但若实际工程中取欧洲规范弯矩值与支管全截面塑性弯矩值中的最小者计算节点抗弯承载力,在一定的钢管几何参数下不一定是安全的,需要进行深入的有限元参数分析。     

垫板加强Y型圆钢管节点受压极限承载力研究

对支管受轴向压力作用的垫板加强Y型圆钢管节点进行了非线性有限元分析,研究了几何参数对加强型节点受压极限承载力的影响。分析表明,设置适当尺寸的垫板能够增强Y型圆钢管相贯节点承受荷载和抵抗变形的能力。用多元线性回归法求出垫板加强Y型圆钢管节点受压极限承载力提高系数φp的回归方程,从而提出了垫板加强Y型圆钢管节点受压极限承载力的建议公式。     

长沙贺龙体育场钢屋盖圆管相贯节点足尺试验研究

本文对长沙贺龙体育场钢屋盖结构中的6个圆钢管相贯节点进行了足尺试验研究,观察到试件节点的破坏主要分三种:受拉支管与主管的连接焊缝断裂破坏;受压支管靠近主管的端部的局部屈曲破坏;受压支管端部局部屈曲与受拉支管焊缝断裂的联合破坏。主管壁上的等效应力分布和发展很不均匀,而且复杂。由于本次节点试件存在主管强、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形式,不能按现行规范公式计算。运用有限元求解相贯节点的极限承载力是一种有效的方法。试验证明,长沙贺龙体育场的钢屋盖设计是安全、经济、可靠的。     

支管灌混凝土平面X形圆钢管节点轴压性能试验研究

为研究支管灌混凝土X形圆钢管节点的轴压性能,对6个不同截面几何参数的支管灌混凝土X形圆钢管节点进行了单调加载试验。介绍了节点试验方案,揭示了节点破坏模式,给出了加载点荷载 端位移曲线、支管轴力-主管壁变形曲线以及节点区域折算应变分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点轴压承载力和弹性轴压刚度的影响进行了分析。试验研究结果表明：节点试件均表现出较好延性;所有试件的主管壁最大竖向变形位移都大于0.03倍主管直径,在判定该类圆钢管节点轴压承载力时应该采用极限变形准则;节点轴压承载力与弹性轴压刚度都随着β和τ的增加以及γ的减小而提高;所有试件的支管根部测点都未进入塑性且主管都是鞍点和冠点之间的中间测点首先进入塑性;在试验参数条件下,支管灌混凝土对X形圆钢管节点轴压承载力提高不明显,甚至会降低其轴压承载力。目前GB 50017-2003《钢结构设计规范》公式不能较好地计算支管灌混凝土X形圆钢管节点轴压承载力。     

Experimental investigation and design of round ended elliptical steel tubular T-joints under axial compression

圆端形椭圆钢管是一种融合圆形和矩形截面特征优势的构件，其圆端部分可以提供良好约束，矩形部分可实现快捷连接，在桁架结构中有着良好的应用前景，然而目前尚缺乏有关圆端形椭圆钢管相贯节点的受力性能研究。为此，通过对13根圆端形椭圆钢管T形相贯节点开展轴压性能试验，研究相贯类型、主支管径比、主支管夹角和是否填充混凝土等对其破坏模式、承载力、初始刚度和延性等力学性能的影响，明确圆端形椭圆钢管T形相贯节点在支管受压作用下相较圆形或矩形钢管相贯节点的承载特征差异，揭示相贯节点的受力机理，提出圆端形椭圆钢管相贯节点的轴压承载力计算式。研究结果表明，圆端形椭圆钢管T形相贯节点表现出良好的轴压性能；支管与主管圆弧段连接的相贯节点轴压承载力分别为圆形或矩形钢管相贯节点的1.07~1.66倍，具有明显的承载优势；主管填充混凝土可使圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力和初始刚度分别提高75.5%~103.4%和11.9%~60.6%；通过试验结果验证，提出的轴压承载力计算式可较准确地评估圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力。     

Behaviour of Concrete-Filled Double-Skin Circular Hollow Section Cross Joints Under Axial Compression

This paper presents an experimental investigation on concrete-filled double-skin circular hollow section (CHS) cross joints under axial compression. A total of twenty-two right-angled CHS cross joints with different brace to chord diameter ratio (β), inner tube to outer tube thickness ratio of chord (ω) and hollow ratio of chord (χ) were tested, in which eighteen concrete-filled double-skin CHS cross joints were studied for different shapes of inner tube of chord, two traditional empty CHS cross joints and two traditional concrete-filled CHS cross joints were tested for comparison. The joint strengths, failure modes, load-deformation curves and strain distribution curves of all specimens are reported. The effects of brace to chord diameter ratio (β), inner tube to outer tube thickness ratio of chord (ω), hollow ratio of chord (χ), shape of inner tube of chord and concrete strength on the behaviour of concrete-filled double-skin CHS cross joints under axial compression were evaluated. It is shown from the comparison that the ultimate load and initial stiffness of CHS cross joints are significantly enhanced by strengthening the chord member with inner tube and concrete infill. Furthermore, the ultimate strengths are increased with the increase of the β ratio, whereas the ultimate strengths are decreased with the increase of the χ ratio for all types of concrete-filled double-skin CHS cross joints. On the other hand, the ultimate strengths are enhanced with the increase of the ω ratio and concrete strength for all types of concrete-filled double-skin CHS cross joints, but the enhancement is insignificant. The corresponding finite element analysis was also performed and calibrated against the test results. The design equations are proposed based on the test and finite element analysis results for concrete-filled double-skin CHS cross joints, which are verified to be more accurate.     

圆端形椭圆钢管T形相贯节点轴压性能试验研究与承载力计算

圆端形椭圆钢管是一种融合圆形和矩形截面特征优势的构件,其圆端部分可以提供良好约束,矩形部分可实现快捷连接,在桁架结构中有着良好的应用前景,然而目前尚缺乏有关圆端形椭圆钢管相贯节点的受力性能研究。为此,通过对13根圆端形椭圆钢管T形相贯节点开展轴压性能试验,研究相贯类型、主支管径比、主支管夹角和是否填充混凝土等对其破坏模式、承载力、初始刚度和延性等力学性能的影响,明确圆端形椭圆钢管T形相贯节点在支管受压作用下相较圆形或矩形钢管相贯节点的承载特征差异,揭示相贯节点的受力机理,提出圆端形椭圆钢管相贯节点的轴压承载力计算式。研究结果表明,圆端形椭圆钢管T形相贯节点表现出良好的轴压性能;支管与主管圆弧段连接的相贯节点轴压承载力分别为圆形或矩形钢管相贯节点的1.07～1.66倍,具有明显的承载优势;主管填充混凝土可使圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力和初始刚度分别提高75.5%～103.4%和11.9%～60.6%;通过试验结果验证,提出的轴压承载力计算式可较准确地评估圆端形椭圆钢管T形相贯节点的轴压承载力。     

Plastic mechanism analysis of welded thin-walled T-joints made up of circular braces and square chords under in-plane bending

Welded thin-walled T-joints made up of circular hollow section (CHS) braces and square hollow section (SHS) chords were tested under static in-plane bending load. The hollow sections are cold-formed and have thicknesses less than 4 mm. The CHS-SHS T-joints are used in building the undercarriages and structural supports of equipment and structural systems used in the road transport and agricultural industries. Failure in the CHS-SHS T-joints was observed to occur as a result of chord-face yielding. Chord cracking was also observed after large deformations, resulting in a peak load being attained in these joints. There is no design formula in the existing CIDECT design guides, IIW static recommendation and Eurocode 3 for CHS-SHS T-joints under in-plane bending. In this paper, load versus chord flange indentation graphs, for the CHS-SHS T-joints are used to determine the deformation limit that defines the ultimate strength of the joints. The deformed shape of the chord observed from experimental tests is used to create a yield line model. The weld size and the rounded corners of the SHS chord are considered in the model. A formula is derived, for the ultimate strength of the CHS brace and SHS chord vierendeel connections based on a plastic mechanism analysis using yield line theory. There is a reasonably good agreement between the ultimate strength predicted using this formula and that determined experimentally.     

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...