覆板加强的方钢管T形节点轴向滞回性能试验研究

为研究采用覆板加强的冷弯方钢管T形节点的轴向滞回性能,对2组支管与主管的截面宽度比β分别为0.4和0.8的方钢管直接焊接节点和采用覆板加强的方钢管T形节点进行了轴向往复加载试验。详细介绍了试验节点的设计、试验过程及破坏形态,并对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能和延性等性能进行了分析。试验中,试验节点经历了主管屈服、初始开裂、裂纹闭合、裂缝扩展、裂缝贯通五个主要阶段,但各试件的开裂位置并不相同。加强覆板阻止了裂缝向主管管壁发展,有效避免了主管管壁的撕裂破坏,使开裂后支管的受压荷载继续上升,因而节点开裂后受拉能力较未加强节点的好。支管与主管截面宽度比越小,试件的耗能能力和延性越好。但覆板加强处理降低了试件的耗能能力,且支管与主管宽度比越小其耗能能力的降低越明显。受拉裂缝会降低试件的延性,故轴拉循环的延性较对应的轴压循环的差。在β=0.8时,覆板加强对试件的抗震延性有所改善,但β=0.4时加强节点试件的位移延性系数低于未加强节点。覆板加强节点在支管轴向往复荷载作用下的拉压不均衡问题应引起重视。     

主管壁加厚方钢管T型节点滞回性能研究

为了研究主管壁局部加厚对方钢管T型节点滞回性能的影响,对一个主管壁局部加厚的方钢管T型节点试件和一个主管壁未加厚的方钢管T型节点试件进行试验测试和有限元模拟。试验中,通过控制支管的竖向位移对方钢管T型节点试件施加低周往复循环荷载,研究试件的变形和破坏模式,并进行相关抗震性能指标（延性系数和能量耗散）分析。试验结果表明：主管壁局部加厚能够明显改善节点的滞回性能,同时能够使节点由带有明显延性特征的断裂破坏转变为主管壁厚改变处的延性屈服破坏。利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟,结果与试验结果吻合较好。最后利用有限元软件分析了主管壁加厚方钢管T型节点加厚参数（主管的加厚长度l和加厚厚度Δt）对节点滞回性能的影响。分析结果表明：为了改善节点滞回性能,加厚长度不超过支管截面边长的3倍,加厚厚度不超过主管壁厚的0.8倍。     

环口板加固T型圆钢管滞回性能的有限元模拟

为了进一步研究环口板加固对钢管滞回性能的影响,采用ABAQUS有限元模拟进行建模,采用单元实体C3D8I进行建模分析后,发现其模拟的变形与试验变形十分相似,模拟的滞回曲线与试验曲线也较为吻合。这为后面的参数分析奠定了基础。     

方钢管混凝土K型节点滞回性能试验研究

对1个方钢管K型节点试件和主管填充混凝土的6个K型方钢管节点试件进行拟静力试验,以研究支管尺寸、支管间隙等参数对方钢管混凝土K型节点破坏模式和延性的影响,并与K型方钢管节点试件进行对比。主管填充混凝土的K型方钢管节点的破坏模式包括支管与主管之间的焊缝破坏、支管受拉断裂、支管鼓曲以及主管撕裂;支管间隙较大的试件更容易出现主管撕裂破坏。主管填充混凝土后,其径向刚度显著提高,支管与主管连接处的应力集中程度也有所改善,节点的屈服荷载和峰值荷载有不同程度的提高,尤其是受压循环的峰值荷载提高幅值达到60%以上。主管填充混凝土后,K型方钢管节点试件的延性以及耗能系数都有所降低。     

复式钢管混凝土柱-钢梁外加强环板节点滞回性能及核心区变形研究

为了研究复式钢管混凝土外加强环板节点滞回性能及核心区变形场,基于数字散斑方法(DSCM)进行了复式钢管混凝土外加强环板节点低周往复加载试验,对节点的梁柱相对转角变化、核心区受剪性能、节点初始转动刚度以及滞回耗能特性等进行了分析。结果表明:节点弯矩-转角和核心区剪力-剪切变形滞回曲线没有捏拢,呈饱满的梭形,说明节点耗能性能良好;提高环板宽度、锚固腹板加肋和轴压比增大均可提高节点初始转动刚度和节点域抗剪刚度;提高梁柱线刚度比可提高节点的受弯能力、耗能能力和节点域剪切变形能力。节点域剪切变形对复式钢管混凝土柱-钢梁相对转角贡献较大,占比超过30%。测得的核心区剪应变云图分布基本发展为沿对角线对称,后期随着荷载增加,破坏形态为梁端弯曲的试件节点域剪应变发展较缓,而柱端压弯破坏的试件剪应变发展充分,在整个加载过程中,其节点核心区剪应变为梁端弯曲破坏试件的2～3倍。     

负载下环口板焊接加固T形钢管相贯节点试验研究

负载下焊接加固将对大跨度建筑和钢桥的安全产生影响。为研究负载及焊接高温在加固过程及加固后对钢管节点的影响,完成4个焊接环口板加固T形圆钢管节点的轴压试验,实测了节点在负载焊接加固全过程的温度、位移及应变演化规律,分析焊接高温和负载对节点破坏模式、荷载-变形曲线、受压承载力等的影响。试验结果表明：主管负载受压会降低节点承载力,0.37的主管初始应力比可使节点受压承载力下降16%;焊接温度场具有局部高温和快速衰减的特征,其局部瞬时升温最高可达1 808℃,并在约3.1 cm×1.7 cm的椭圆形范围内衰减至600℃,钢材的局部软化效应不明显;负载不影响焊接温度场,焊接及冷却过程中的热胀冷缩则会影响节点的应变分布和残余变形;负载及焊接高温均未改变节点的破坏模式。基于试验结果,考察了现有规范负载折减系数对于负载下焊接加固钢管节点的适用性,结果表明,GB 51367—2014《钢结构加固设计标准》中规定的负载承载力折减系数偏于安全。     

采用环口板加强的K形圆钢管节点轴向承载力试验研究

为探究采用环口板加强的K形圆钢管节点轴心承载性能,通过两组共4个K形圆钢管节点试件的轴向承载力试验,研究此类节点的变形和破坏情况;并对支管与弦管外径比β、环口板加强方式等因素对极限承载力的影响以及荷载-位移曲线进行分析。研究表明:节点变形和破坏表现为支管塑性变形、弦管局部凹陷、支管断裂和焊缝开裂;在加载初期,荷载值快速提高,随着作动器位移增大,荷载增长速度变缓,并出现峰值,随后荷载值开始下降;β和环口板加强对节点的极限承载力提高显著,极限承载力分别至少提高了35%和27%。     

退火对Y形矩形钢管节点滞回性能影响的研究

为研究退火处理及几何参数对矩形管节点滞回性能的影响,对2组Y形矩形管-管节点及2组Y形纵向板-矩形管节点进行了拟静力试验。每组包含2个几何尺寸相同的试件,对其中一个进行去应力退火处理。将节点弦管底面中部固定,对支管施加轴向往复荷载。试验中裂缝在节点的弦管上表面出现,沿弦管与连接件(支管或节点板)的连接焊缝外围发展并穿透弦管壁,导致节点失效。节点的耗能机制为弦管上表面塑性变形。分析发现:退火导致节点的极限承载力减小,延性比、累积延性比、累积能量耗散比增大;随支弦管夹角增大,管-管节点极限承载力、累积延性比、累积能量耗散比减小;随节点板长度增加,板-管节点的极限承载力、累积延性比、累积能量耗散比增大。     

Y形直接焊接矩形钢管节点滞回性能试验研究

对钢管结构中常用的Y形矩形钢管节点进行了试验研究。通过对支管施加轴向往复荷载,共对10个直接焊接Y形矩形管节点进行拟静力试验。为研究钢管加工及节点焊接过程中产生的残余应力对节点性能的影响,对其中2个节点进行了去应力退火处理。通过分析节点的承载力、延性比和能量耗散系数,对此种节点的滞回性能进行了深入研究。试验表明：在支管承受轴向往复荷载作用时,总是在支弦管连接焊缝外边缘沿支管侧壁方向切断弦管上壁面,从而导致节点性能的劣化。在弦管上壁面拉裂之前节点耗能性能良好,且退火节点在弦管上壁面拉裂之后仍然有较大的耗能潜力。节点的滞回性能较好,这为在抗震区推广使用管结构提供了有力支持。     

内置加劲板加固T型方钢管节点试验研究

为了研究内置加劲板加固对T型方钢管节点的影响,对1个未加劲节点和1个内置加劲板加固节点进行了拟静力滞回性能试验,结果表明:加固后的节点滞回曲线更加饱满;节点的极限承载力、延性系数比未加固节点明显增加,具有更好的抗震性能。     

方钢管柱-焊接工字形钢梁钢框架隔板贯通式节点滞回性能试验研究

针对贯通隔板相关参数对方钢管柱-焊接工字形钢梁钢框架节点抗震性能的影响,设计了4个隔板贯通式节点试件,对其进行了低周反复循环荷载作用下滞回性能的试验研究。试验表明,该类型节点具有较好的延性和承载力,强度退化和刚度退化稳定。隔板的厚度对节点承载力有明显影响,厚度越大,承载力越高;在一定范围内,隔板的平面尺寸越大,越能将应力有效分散到更大区域,对承载力有一定贡献。     

轴压或轴向往复荷载作用下方钢管焊接T型节点的承载性能研究

采用试验实测的方法,研究不同支管与主管宽度比(β)的方钢管焊接T型节点的静力与滞回性能,分析了节点的破坏形态、荷载-位移曲线、承载及耗能能力。结果表明:支管与主管宽度比对节点的静、动力性能有明显影响,如在支管轴向压力作用下,β=0.4,0.8时试件的破坏分别受主管上翼缘屈服和主管侧壁屈曲控制,支管的轴向往复加载会引起节点的开裂破坏,试件裂纹分别沿主管上翼缘和支管根部贯通;β=0.4的试件能耗系数比β=0.8时提高43.5%,这种提高与各试件的耗能机制不同有关。往复加载试件的受拉开裂会降低节点的承载力,但按GB 50017—2003《钢结构设计规范》设计的节点承载力具有足够的安全储备。     

型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点滞回性能试验研究

为研究型钢混凝土L形柱-混凝土梁框架节点的滞回性能,以柱截面配钢形式、轴压比、水平加载角度及 有无楼板参与工作为变化参数,进行4个平面和7个空间L形柱-混凝土梁框架节点的拟静力试验;比较分析试件的 破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度退化、耗能能力、位移延性以及层间位移角等抗震性能指标。研究结果表 明：平面节点和空间节点的破坏形态分别为核心区发生剪切破坏和梁端出现塑性铰,带楼板工作的钢筋混凝土梁 柱空间节点出现板的弯曲破坏以及梁底出现塑性铰的破坏模式;配实腹式型钢试件的滞回曲线比配空腹式型钢试 件的饱满;平面节点的承载能力比空间节点的大,但耗能能力、位移延性及抗倒塌能力均不及空间节点;楼板的 存在对节点承载能力的提高和维持刚度的稳定均具有有利作用;轴压比可提高节点的承载力和初始刚度;L形柱 框架节点的层间变形能力大于规范规定的层间位移角限值。通过引入加载角度,提出了型钢混凝土L形柱-梁空间 节点受剪承载力计算模型,其能较好地反映节点核心发生剪切破坏的传力机制。     

方钢管覆板及竖向插板加强T形节点受压静力试验

为分析方钢管加强节点的轴压承载能力和破坏模式,对支管与主管宽度比β=0.4和β=0.8的两组覆板加强节点、竖向插板加强节点进行轴向静力加载试验。分析了节点破坏模式、荷载 位移曲线、主管变形及应变,以及加强节点的受压承载机理。结果表明：在支管轴向压力作用下,未加强及加强节点的变形能力都较好,试件在破坏前有充分的塑性发展;覆板及插板加强节点的受压承载能力较对应的未加强试件有显著提高,当β=0.4时加强节点的破坏模式与未加强节点一致,当β=0.8时存在节点过度加强问题,引起支管先于节点破坏;相同β下,覆板加强节点的受压承载力高于竖向插板加强节点;在主管表面屈服破坏控制的情况下,覆板加强节点的承载机理为覆板与主管上翼缘共同屈服,竖向插板加强节点的承载机理为插板扩大了主管上、下翼缘的屈服范围。     

T形钢管混凝土柱-混凝土梁外加强环板式节点抗震性能正交试验研究

对18个T形钢管混凝土柱-混凝土梁外加强环板式节点采用有限元与正交试验法相结合的方式进行抗震性能研究。结果表明,节点的裂缝发展经历初裂、通裂、极限、破坏四个过程;牛腿在梁端荷载的传递过程中起到桥梁作用;最终以牛腿与梁交界处形成塑性铰而破坏,符合"强节点弱构件"的抗震设计思想。对节点极限承载力、位移延性系数以及能量耗散系数三个性能指标影响最为显著的因素均为框架梁配筋率。框架梁混凝土强度等级的提高可以提高节点极限承载力,但是增幅过大不利于节点抗震性能,所以工程设计时应合理地选择框架梁混凝土强度等级。     

钢框架肋板加强型节点的滞回性能研究

运用有限元软件ABAQUS 6.14-1首先对已有节点试验试件的滞回性能进行模拟,验证了有限元建模方法的正确性后,对外侧双肋板加强型、内侧双肋板加强型及外侧单肋板加强型节点进行滞回行为对比分析,然后对单肋板加强型节点进行系列参数分析,考虑的参数包括肋板长度a、肋板高度b和肋板厚度t。结果表明:内侧双肋板加强型节点并不适用于工字形柱强轴连接,其梁翼缘焊缝处有明显的应力集中,而外侧双肋板加强和单肋板加强型节点的受力性能相当;各参数对单肋板加强型节点的承载能力基本没有影响;随着参数b和t的增大,梁上、下翼缘焊缝处的Mises应力逐渐降低,肋板长度a主要影响塑性铰的位置;建议a=(1/2～3/4)h_b,b≥h_b/3,t≥2t_(bw),两短边a′=0.2a,b′=0.2b,其中,h_b为梁截面高度,t_(bw)为梁腹板厚度,最后给出了单肋板加强型节点的设计方法。     

T形钢连接梁柱半刚性节点滞回性能试验研究及数值分析

为研究T形钢连接梁柱半刚性节点的滞回性能,对6个T形钢连接梁柱半刚性节点试件进行拟静力试验。分析梁高、螺栓直径、T形连接件尺寸、螺栓个数以及柱截面面积等参数对节点的受力过程、破坏模式、滞回性能、延性性能的影响。利用有限元软件ABAQUS对试验过程进行分析,将分析结果和试验结果进行对比并分析了误差产生的原因。研究结果表明:T形钢连接梁柱节点变形性能良好,节点的极限转角均超过0.03 rad,是典型的半刚性连接节点;节点延性性能良好,各节点位移延性系数均大于3;各试件的滞回曲线在加载后期呈Z形,节点耗能系数较小(与端板连接半刚性节点相比);T形连接件尺寸和连接柱及T形件的螺栓个数是影响节点初始刚度、承载力和变形能力的主要因素,梁高对节点性能的影响次之;有限元分析结果与试验结果基本吻合;采用考虑材料循环塑性特征的有限元分析模型可以很好地预测节点在循环荷载作用下的受力性能。     

钢管K形变径加强节点受力性能研究

为了研究K形节点主管变径加强连接在大跨度钢管结构中的受力性能,采用有限元软件ABAQUS对K形变径加强节点进行了3种增强模式的承载力和滞回性能的研究:增加管径及壁厚、整体只增加管径和整体增加管径及壁厚,通过比较对K形变径加强节点的受力性能作出评价;并结合公式法的计算结果,分析产生误差的原因。研究结果表明,K形变径加强节点的承载能力明显优于普通节点的承载能力,具有较好的滞回曲线和骨架曲线,表现出良好的抗震性能,研究结果可为工程设计提供参考依据。     

方钢管混凝土柱-外包钢混凝土组合梁连接节点滞回性能分析

提出了一种新型的方钢管混凝土柱与外包U形钢混凝土组合梁连接节点形式：隔板贯通部分钢筋贯穿式节点。设计了3个节点试件,对其进行低周反复荷载试验,利用ANSYS软件对低周反复荷载作用下的节点试件进行非线性有限元分析并与试验结果对比。结果表明:有限元分析得到的节点破坏形态、应力分布、滞回曲线、骨架曲线与试验结果吻合较好。在此基础上,对发生梁端塑性铰破坏模式的节点滞回性能进行参数分析,研究楼板厚度、U形钢壁厚、组合梁纵向受力钢筋配筋率、贯通隔板厚度以及轴压比对节点滞回性能的影响。研究结果表明：楼板厚度和U形钢壁厚对节点滞回性能有显著的影响,组合梁纵向受力钢筋配筋率对节点滞回性能影响较为显著,贯通隔板厚度和轴压比对节点滞回性能影响很小。