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。     

圆钢管混凝土K形相贯节点承载力计算模型研究

以圆钢管混凝土平面K形相贯节点试验数据为基础,以弦杆径厚比γ、腹杆与弦杆管径比β、壁厚比τ和夹角θ为研究参数,建立有限元参数分析模型,进行非线性有限元参数分析,得到该类型节点的典型破坏模式,并建立了节点的极限承载力计算模型.结果 表明:圆钢管混凝土K形相贯节点典型破坏模式是腹杆失效和弦杆冲剪破坏,控制指标是腹杆与弦杆的...     

空间效应下 KX 型圆钢管相贯节点的力学性能分析

应用双重非线性有限元对空间效应影响下的KX型圆钢管相贯节点进行了广泛的数值分析,获得了空间效应影响下KX型节点极限承载力的相对关系曲线:当节点发生弦杆管壁局部屈曲破坏模式下的破坏类型一致时,不同支腹杆轴力比对节点极限承载力的影响是独立的,与节点几何参数的变化基本不相关;以及空间KX型节点在弦杆管壁局部屈曲破坏模式的三种破坏类型下从开始加载到最后破坏的受力全过程分析。     

插板加强K型间隙圆钢管相贯节点的极限承载能力非线性有限元分析

应用有限元法,考虑材料非线性和几何非线性,分析计算了K型圆钢管相贯节点(K型)和插板加强K型圆钢管相贯节点(RK型)的承载力,并绘出节点的荷载-位移曲线。比较表明:插板显著提高了K型节点的极限承载力,揭示了K型和RK型节点承载力随弦腹杆夹角、两腹杆间隙的变化规律以及不同几何参数下插板对节点的极限承载力的贡献,可供工程设计参考应用。     

平面K型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究

对平面K型圆钢管搭接节点的静力性能进行了静力单调加载的试验研究。实施了7个内隐蔽部分不焊接节点和3个内隐蔽部分焊接节点的试验。本文介绍了节点试验方案,考察了搭接节点的受力性能和破坏模式,并对内隐蔽部分焊接与否、焊脚尺寸、节点处集中荷载幅值以及腹杆搭接顺序对节点极限承载力的影响进行了讨论。试验研究结果表明,贯通腹杆受压时内隐蔽部分焊接与否虽然对节点的破坏模式和应力分布有一定的影响,但是对节点极限承载力影响较小;当腹杆与弦杆的壁厚相对值变小后,由于传力不均匀导致的腹杆局部破坏将成为主要破坏模式,而这一因素和所导致的承载力降低在既有的规范公式中尚未有相应的反映。     

平面K型圆钢管混凝土桁架节点力学性能分析

采用有限元分析软件ABAQUS对K型圆钢管混凝土节点与空钢管节点进行计算分析,比较两者破坏形态的差别,并对K型圆钢管混凝土节点各种可能的破坏模式进行分析.在此基础上,分析支管外径与主管外径比β、支主管夹角θ、弦杆轴向压力等参数对圆钢管混凝土K型节点极限承载力的影响.     

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K型节点受力性能试验

对6个矩形钢管混凝土K型节点和1个矩形钢管K型节点进行了受力性能试验研究,结合Packer试验结果,对矩形钢管混凝土K型节点的破坏模式及节点间隙对节点性能的影响进行了分析,并和矩形钢管节点进行对比,推导了K型节点与Y型节点的判别式。试验结果表明:矩形钢管混凝土K型节点没有发生屈服线破坏模式,节点极限承载力得到了有效的提高;受拉支管破坏模式与矩形钢管节点相似,为冲剪破坏和有效宽度破坏;在满足受压支管承载力的前提下,受压支管为横向局部承压破坏模式;当受压支管宽厚比较大时,可不考虑节点间隙对节点承载力的影响;当受压支管宽厚比较小、节点间隙较大时,需考虑节点间隙对节点极限承载力的影响。     

平面K型圆钢管搭接节点有限元参数分析与极限承载力计算公式

以平面K型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,从节点极限承载力、变形过程和破坏模式等方面对搭接节点的非线性有限元建模方法进行了校验。重点考察了贯通腹杆受压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、腹杆搭接顺序变化、内隐蔽部分焊接与否对各类搭接节点性能的影响。有限元参数分析结果表明,腹弦杆壁厚比的变化对搭接节点的破坏模式和承载性能影响较大;内隐蔽部分未焊接对贯通腹杆受压的节点极限承载力影响很小,但对贯通腹杆受拉的节点极限承载力影响很大。最后,在零间隙节点承载力计算公式的基础上,应用多元线性回归方法拟合出搭接节点的极限承载力计算公式;该公式与试验结果吻合良好,且具有较好的适用性。     

平面KT型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究

通过对3个平面KT型圆钢管搭接节点的静力单调加载试验,考察节点中内隐蔽部分焊接与否、腹杆搭接顺序等对KT型搭接节点的受力性能和破坏模式的影响,并最终考察其节点承载力。试验结果表明,平面KT型圆钢管搭接节点的受力性能、破坏模式均与间隙节点有所不同;隐蔽部分未焊接较隐蔽部分焊接的节点承载力有一定降低;受压斜腹杆作为贯通腹杆较直腹杆作为贯通腹杆的承载力略有降低。     

空间效应影响下KX型圆钢管相贯节点极限承载力研究

应用双重非线性有限元对空间效应影响下的KX型圆钢管相贯节点进行了广泛的数值分析,分别获得了几何效应和荷载效应影响下节点的破坏模式与极限承载力.不同支腹杆轴力比下引起空间KX节点发生弦杆管壁局部屈曲破坏模式的原因主要有三种,即轴力比较小为负、较大为负和轴力比为正时.根据不同几何参数下节点极限承载力的变化规律,对于几何尺寸相同的弦杆与腹杆,支杆截面越大,对节点域刚度的贡献作用就越大,节点极限承载力的提高幅度也越大;支腹杆轴力比一定时,支杆的管径越小,对节点的极限承载力越不利.工程设计中空间KX型节点的支腹杆截面尺寸不应相差过大.     

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。     

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。     

荷载效应下空间KX型圆钢管相贯节点极限承载力研究

应用双重非线性有限元对荷载效应影响下的KX型圆钢管相贯节点进行了广泛的数值分析,获得了荷载效应影响下节点的极限承载力与破坏模式。根据不同几何参数(βx、τx和Φi)对节点极限承载力的影响规律,总结出在同样的支腹杆轴力比下,支杆管径的变化对节点极限承载力的影响较大,而支杆壁厚τx与横向夹角Φi的变化对节点的极限承载力基本没有影响。工程设计中空间KX型节点的支腹杆管径不应相差过大,且在满足工艺要求的基础之上可选择相对较薄的支杆壁厚。     

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.     

圆钢管混凝土悬臂长柱压弯剪性能研究

为了进一步研究各参数对大长细比圆钢管混凝土柱压弯试件受力性能的影响,在试验的基础上,采用非线性有限元软件ABAQUS 6.12分析了轴压比、混凝土强度、钢材选取、含钢率以及柱身弯矩分布等参数对试件的破坏模式、初始刚度、极限承载力等静力性能的影响。分析结果表明:试件轴压比和含钢率的变化能显著影响圆钢管混凝土的承载力;采用C60等级混凝土时,试件的初始刚度、承载力会相应提高;而采用C40级和C50级混凝土时,其承载力等提高并不明显;钢材屈服强度对试件的初始刚度没有明显变化,而其极限承载力有小幅度增加;随着柱顶弯矩的增加,试件的初始刚度和极限承载力均有所下降且下降程度较快;当两个方向所受的力相同时,试件的承载力降低程度最大。     

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。     

空间隔板焊接X形圆钢管相贯节点受力性能试验研究

对3个足尺空间隔板焊接X形圆钢管相贯节点分别进行了轴力作用下的单调加载试验和往复加载试验,得到了节点的破坏模式,并对节点的受力性能包括静力弹性刚度、承载力、延性和滞回性能等进行分析。验证了该种空间隔板焊接节点的构造措施合理,节点的承载能力相对设计工况有两倍以上的安全储备,节点受力安全可靠。运用ABAQUS软件建立有限元分析模型,并与试验结果对比,验证了有限元模型的适用性,并对节点进行设计工况下的内力校核,参数分析结果表明,管径厚比、相贯角度、椭圆连接板厚度及平面外角度对空间隔板焊接节点性能影响较大,节点刚度和承载力随着支管径厚比和平面外角度的增大而降低,随着相贯角度和椭圆连接板厚度的增大而提高。综合试验和有限元分析结果,节点设计要确保支管设计内力不大于节点承载力,增大椭圆板厚度以及补焊椭圆板隐藏焊缝对节点的受力性能改善较好;当设计该类较小相贯角度（小于20°）的节点时,需按节点承载力进行设计,同时考虑轴向刚度对节点受力性能的影响。     

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。