腹杆形式对钢管混凝土桁梁受力性能影响的研究

进行了3榀钢管混凝土桁梁试件四分点对称加载静力试验,研究腹杆布置形式对整体受力性能的影响,并探讨了有限元法和节点承载力验算方法。试验研究结果表明,3榀桁梁试件的整体极限承载力和极限变形能力从大到小的腹杆布置形式为修正的Warren式、Pratt式和Warren式。不同腹杆布置形式的桁梁节点失效模式不同,修正的Warren桁梁和Pratt桁梁的节点失效模式为弦杆钢管扯裂失效,而Warren桁梁为受压腹杆接头局部屈曲。通过对比荷载-变形关系实测曲线与计算曲线,对有限元梁单元模型计算钢管混凝土桁梁整体受力性能的精度进行了分析。在不考虑节点处弦杆钢管与管内混凝土界面非线性的影响时,有限元刚接梁单元模型和铰接梁单元模型计算的整体极限承载力均大于实测值,而计算变形值均小于实测值。与铰接梁单元模型比较,刚接梁单元模型计算的弹塑性阶段整体抗弯刚度及整体极限承载力的精度更高。刚接梁单元模型计算的腹杆轴力与实测值吻合良好。当忽略腹杆弯矩影响时,桁梁节点承     

圆管截面桁梁极限承载力试验研究

进行了上弦杆为钢管混凝土、上下弦杆均为钢管混凝土的桁梁试件和空钢管桁梁试件的对比试验研究。研究结果表明,弦杆钢管内填充混凝土可提高弦杆的抗压、抗弯和径向刚度,改变节点失效模式,提高节点强度和刚度;弦杆为钢管混凝土的桁梁试件与空钢管桁梁试件一样,结构破坏均是因节点失效引起的;由于弦杆管内填充混凝土提高了节点的强度和刚度,不仅受压的上弦杆而且受拉的下弦杆管内填充混凝土,都会提高圆管截面桁梁试件的整体承载力。最后对管节点的承载力和桁梁试件整体承载力进行了讨论。     

钢管混凝土组合桁梁受弯承载力简化计算方法研究

钢管混凝土组合桁梁由钢管混凝土桁架和混凝土板组成,其在承受正弯矩时可充分发挥混凝土板与桁架的组合作用。为对这种结构的受弯受力性能进行研究,提出了基于铰接桁架的分析方法,以不带竖腹杆的warren型钢管混凝土组合桁梁为例,推导了在节点单点荷载以及两点对称荷载作用下简支组合桁梁各个构件的效率系数。通过不同构件之间的效率系数进行对比,得到了组合桁梁的破坏模式判定以及受弯承载力简化计算方法。同时通过引入腹杆抗力折减系数,将节点承载力对组合桁梁受弯承载力的影响也考虑在内。将公式计算结果与既有文献中的钢管混凝土组合桁梁、桁架试件试验结果进行了对比,破坏模式和受弯承载力均吻合良好,所选全部33榀试件的计算值与实测值的相对误差为1.27%,标准差为0.128。结果表明,该简化计算方法建立了节点与组合桁梁承载力之间的相互联系,能够快速、准确地对破坏模式及受弯承载力进行估算,可极大地简化设计流程。设计中应根据组合桁梁各构件的效率系数对其截面尺寸进行优化,确保不同破坏模式下的受弯承载力较为接近,同时避免由于节点或腹杆过早失效导致组合桁梁发生剪切破坏。     

腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯性能试验研究

对腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点在腹杆平面内弯矩作用下的极限承载性能进行了单调加载的试验研究。实施了6个不同截面几何参数的腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯极限承载力试验。本文介绍了节点试验方案,描述了节点平面内弯曲破坏现象,给出了荷载—腹杆端位移曲线、弯矩—弦杆局部变形曲线、弯矩—转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将腹杆与弦杆外径比β、弦杆径厚比γ和腹杆与弦杆壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和抗弯刚度的影响进行了讨论。试验研究结果表明:γ和τ值最大的试件平面内抗弯刚度模式接近刚域模式,其余试件接近非刚域模式;在一定参数条件下,腹杆内灌混凝土的节点试件平面内抗弯承载力、初始抗弯刚度都随着β值的增大和γ值的减小而提高,提高的程度与β、γ具体大小有关,而τ值对抗弯承载力和抗弯刚度的影响不大;各试件在最大弯矩作用下,除τ值较大节点试件的腹杆上所有测点都保持弹性外,其余试件腹杆上测点则部分进入塑性;所有试件的弦杆测点均进入塑性;若实际工程中取欧洲规范弯矩计算值与腹杆全截面塑性弯矩计算值中的最小者计算节点抗弯承载力,则τ值较小节点试件的平面内抗弯极限承载力与理论弯矩相当,而τ值较大节点试件的平面内抗弯极限承载力低于理论弯矩,偏于危险,需要进行深入的弹塑性理论分析。     

矩形钢管混凝土桁架节点应力集中特性试验研究

为研究矩形钢管混凝土桁梁桥节点的疲劳性能,开展两榀矩形钢管混凝土组合桁架节段三点弯曲试验,对试件中的K形节点应力集中系数进行测试和分析,同时,基于试验结果,对既有K形节点应力集中系数计算公式的适用性进行分析。结果表明：相比普通钢筋混凝土桥面板和传统剪力钉的构造措施,采用预应力混凝土桥面板和局部释放剪切作用的剪力钉可提高混凝土桥面板开裂荷载,但是对于桁梁承载力基本没影响;两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点腹杆表面热点应力水平基本相当,最大值均发生在受拉腹杆焊趾侧处,由于桥面板和剪力钉构造区别,两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点弦杆表面热点应力值不同,最大值分别发生在受拉腹杆焊趾侧处;既有K形节点应力集中系数参数计算公式适用性分析表明,Mang等建议公式计算结果偏危险,Soh等建议公式和CIDECT建议公式计算结果偏保守,Puthli等建议公式计算得到的受拉腹杆最大应力集中系数偏保守,计算得到的受压腹杆和弦杆应力集中系数偏危险,Jiang等所提建议公式计算结果与试验结果吻合最好。     

K型及T型管节点的极限承载力参数分析

采用ANSYS有限元方法建立考虑焊缝的有限元模型,对K型及T型钢管节点的几何参数腹杆与弦杆直径比β、弦杆径厚比γ、腹杆与弦杆壁厚比τ进行数值分析。得到对K型钢管节点,弦杆与腹杆的夹角θ不变时,节点极限承载力与β、γ及τ值有关。对T型钢管节点,当β值增大而γ值减少时,节点的极限承载力增大,但是τ值对节点的极限承载力影响不大,在满足承载力的前提下,可适当减少腹杆的厚度,并基此提出实际应用中的一些建议。     

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。     

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.     

等宽KX形矩形钢管相贯节点受力性能研究

为研究武汉江夏大花山户外运动中心大跨度屋盖中等宽KX形矩形钢管相贯节点的受力性能,对1个足尺寸节点试件开展了加载试验。结果表明：节点在设计荷载下处于弹性状态,2.7倍设计荷载下节点发生破坏,破坏形态为弦杆非加厚段翼缘和腹板局部鼓曲。采用ABAQUS建立了节点有限元模型,准确考虑了材料和几何双非线性特性,对节点加载试验过程进行了准确模拟。基于验证可靠的有限元模型,探究了弦杆厚度、腹杆轴力比、弦杆轴压力、支杆轴力及弯剪作用对节点承载力的影响规律,提出了弦杆承受轴压力时的承载力折减系数计算公式,并给出了等宽KX形矩形钢管相贯节点可按K形节点进行设计的建议。     

KT型相贯节点承载力有限元及设计方法分析

对KT型圆钢管空间相贯节点的极限承载力进行非线性有限元分析,揭示KT型相贯节点的受力性能。结果表明：在支杆轴力大小不同的情况下,随着支杆与弦杆直径比角、腹杆与弦杆直径比屉、支杆与弦杆厚度比τ1、腹杆与弦杆厚度比τ2和弦杆径厚比γ的变化,节点发生弦杆局部屈曲模式、腹杆轴向屈曲破坏和支杆强度破坏3种破坏模式;有焊缝的加强作用,节点承载力有所提高;分析支杆与腹杆轴力不同比值情况下的节点承载力,提出KT型节点承载力简化设计公式。     

波形钢腹板钢管混凝土梁受弯试验研究

提出了一种新型的组合结构--波形钢腹板钢管混凝土梁,进行了3根模型梁的受弯试验。对试验梁的变形、应变、破坏模式和极限承载力等进行了分析,比较了上下弦管填充混凝土对梁受力性能的作用,并与钢管混凝土桁梁的试验结果进行了对比。结果表明,与钢管混凝土桁梁相比,波形钢腹板钢管混凝土梁避免了节点破坏问题,其抗弯刚度和极限承载力得到较大的提高;上弦钢管填充混凝土对提高极限承载力作用很大,下弦钢管填充混凝土也能提高梁的极限承载力,但作用小于上弦管;"拟平截面假定"的计算方法可以用于波形钢腹板钢管混凝土梁的极限承载力计算。     

主管内填充混凝土矩形钢管桁架受力性能试验研究

为研究主管内填充混凝土对矩形截面钢管桁架受力性能的影响,并考虑节点偏心作用,进行了支主管宽度比β为0.8的空钢管桁架、受压主管内填充混凝土桁架和拉压主管内均填充混凝土桁架的对比试验。试验研究表明:结构破坏均发生在节点部位,主管内填充混凝土改变了节点失效模式,其中空钢管桁架为节点部位的受压主管表面塑性失效和侧壁鼓曲,受压主管内填充混凝土桁架为节点部位的受拉主管表面塑性失效和侧壁鼓曲,拉压主管内均填充混凝土桁架为节点部位的受拉主管表面冲剪失效。主管内填充混凝土不但能协助主管受力,而且能够提高节点强度和刚度,提高桁架的整体承载力。节点相对偏心较大时,由偏心造成的次应力比较明显,对支管的影响要比对主管的影响大。节点试验承载力比按相关规范的计算承载力要高出较多,计算结果偏于安全。     

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...     

Study on spatial effect of concrete-filled steel tubular KK-joints

为研究钢管混凝土空间相贯节点的空间效应,通过精细化有限元模拟对钢管混凝土空间相贯节点的受力性能进行了研究。建模时考虑了材料非线性、几何非线性、钢管与混凝土之间的接触非线性,建立了钢管混凝土KK形相贯节点的精确有限元模型,研究了空间效应对节点承载能力和破坏模式的影响。结果表明：钢管混凝土空间相贯节点的承载力远高于钢管空间相贯节点;钢管混凝土空间相贯节点和平面相贯节点的破坏模式相同,破坏模式有两种,一种是主管管壁冲剪破坏和受压支管屈服联合破坏,发生在支管管壁较薄的情况,另一种是主管管壁冲剪破坏;空间效应对钢管和钢管混凝土相贯节点承载力的影响不同,对于钢管混凝土相贯节点,支管空间夹角60°的节点承载力较平面节点有所降低,在设计时应该考虑空间效应的影响;空间效应对钢管混凝土空间相贯节点刚度影响不大。     

主管内填混凝土的矩形钢管X型节点受拉和受弯性能试验研究

为了解主管内填混凝土对矩形钢管X型节点性能的影响,分别进行4个矩形钢管混凝土X型节点和1个矩形钢管X型节点的受拉和受弯试验,试验主要参数为支主管宽度比β和主管宽厚比γ。试验结果表明,主管内填混凝土能够改善节点受力性能,提高节点刚度和承载力,与矩形钢管节点相同,参数β和γ是影响矩形钢管混凝土受拉和受弯节点承载力的主要因素,β越大、γ越小,矩形钢管混凝土节点受拉和受弯承载力越高,节点刚度越大;由于主管内填混凝土的作用,改变了节点破坏模式几何参数的变化范围,节点破坏模式与矩形钢管节点不同。建议套用相应矩形钢管节点承载力计算公式,依据破坏模式来验算矩形钢管混凝土X型节点的受拉和受弯承载力。     

复杂空间桁架节点抗震性能试验研究及有限元分析

桁架转换层被广泛应用于高层建筑中,以实现结构形式的垂直转换,多榀桁架交界处的节点,其受力性能对整个桁架的安全性影响较大。结合工程实例,对上海市长宁来福士广场东部裙房桁架转换层中的两处复杂节点进行1∶4缩尺模型试验和有限元分析,研究了节点的承载力、应变发展、受力性能和破坏模式。试验结果和有限元分析表明：节点具有较高的承载力和良好的耗能能力,满足设计要求;节点腹杆板件端部的尺寸放大,改善了腹杆的轴向传力,降低了应力集中。节点的薄弱部位位于型钢混凝土柱与弦杆翼缘的交界处,节点发生破坏时,弦杆和腹杆基本没有进入屈服状态。