X形圆管斜插板节点轴压性能试验研究

对10个X形圆管斜插板节点试件在插板轴压力作用下的承载性能进行单调加载试验研究。以插板厚度和插板平面与圆管轴线平面之间夹角为变化参数进行节点轴压性能试验,研究了X形圆管斜插板节点在插板轴压力作用下的破坏模式,分析了荷载-端板位移曲线,节点区域应变强度分布,以及插板相对厚度（插板与圆管厚度比值）、插板平面与管轴线之间夹角对节点轴向承载力和延性的影响。试验结果表明：当插板相对厚度较小时（取值为0.89）,夹角基本不影响圆管斜插板节点的承载力;插板相对厚度较大时（取值为1.33）,随着夹角增大圆管斜插板节点的轴压承载力呈逐渐增大的趋势;随着插板相对厚度的增大,轴压承载力增大;薄插板（插板厚度为4 mm）节点试件的大多数测点保持弹性;而厚插板（插板厚度为6 mm）节点试件的大多数测点进入塑性状态;插板相对比较薄的情况下,IIW规范的计算值偏于不安全;插板相对较厚时,IIW规范计算结果偏于安全。     

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%。     

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。     

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。     

X型厚壁圆管相贯节点平面外受弯抗震性能试验研究

采用相贯节点的圆钢管结构广泛应用于大跨度网格结构中,对于具有一定抗弯刚度的连接,节点将受到弯矩作用。介绍了两个不同几何参数的X型厚壁圆钢管相贯节点试件的平面外受弯滞回性能试验,结合数值分析,对节点承载能力和变形能力进行了研究。结果表明:在合理的几何参数和焊缝质量保证下,厚壁圆钢管相贯节点平面外受弯的承载力较高;厚壁圆钢管相贯节点在支主管径比β较大时节点易发生主管壁拉剪断裂破坏;在支主管径比β较大时延性等抗震性能较好,β较小时延性等抗震性能较差。     

鸟嘴式X形方管节点在支管荷载作用下的应力集中及疲劳性能研究

为研究鸟嘴式X形方管节点的应力集中特性和疲劳性能,设计了8个节点试件,并开展支管轴力工况和支管面内弯矩工况下的疲劳试验。通过静力单调加载试验,测得焊趾附近的应变分布,并采用二次外推法得到热点应力值和应力集中系数(SCF),分析此类节点在典型支管工况下的关键热点区域;同时,基于有限元参数分析揭示节点几何无量纲参数对SCF的影响规律,并提出SCF计算式。在此基础上开展循环加载试验,得到节点的疲劳破坏模式、裂纹扩展过程、刚度退化及疲劳寿命等性能指标。研究表明：支管轴力工况下的SCF最大值位于主管鞍部或支管鞍部,支管面内弯矩工况下的SCF最大值均位于支管冠部;裂纹多萌生于SCF最大值区域,且在裂纹贯穿壁厚之后节点刚度急剧下降;裂纹达到极限长度时,支管轴力工况下的节点刚度退化率在14%以内,而支管面内弯矩工况下的节点刚度退化率最大达40%;国际管结构协会疲劳设计指南的Srhs-N曲线可用于评估鸟嘴式节点的疲劳寿命;在同等名义荷载作用下,鸟嘴式方管节点的疲劳性能要显著优于相同几何尺寸的传统方管节点。     

正交X形圆钢管相贯节点焊缝断裂的试验与机理分析

圆钢管相贯节点焊缝处应力分布难以避免不均匀性，而现行设计规范计算圆钢管相贯节点焊缝强度时未考虑这种不均匀性的影响。通过设计6个X形圆钢管相贯节点试件的支管受拉试验，研究了节点的破坏形态，分析了应力分布的不均匀性对节点焊缝强度的影响。试验结果表明：所设计的相贯节点实现了预期的焊缝断裂破坏模式；焊缝的断裂通常始于鞍点位置;节点应力分布的不均匀性对焊缝强度的影响很大；主管管壁刚度的大小对应力分布的均匀性起着关键作用，当节点外形尺寸保持一致时，主管管壁刚度越小，节点应力分布的不均匀程度越大，焊缝的强度越低；试验中主管管壁刚度最小的节点，其平均焊缝强度尚未达到刚性节点的40.3%；现行设计规范中未考虑圆钢管相贯节点应力分布不均匀性影响的计算方法会导致计算结果偏于不安全。     

New weld toe magnification factors for semi-elliptical cracks in double-sided T-butt joints and cruciform X-joints

British Standard BS7910:2005 has a single set of equations for estimating the weld toe magnification factor (M_k) of different types of welded joints containing a surface crack. The equations are based on the finite element (FE) results of single sided T-butt joint. In this study, extensive FE analyses are carried out to determine the M_k of double-sided T-butt joint and cruciform X-joint. Both the joints are subjected to axial and bending loading, and M_k at crack ends and deepest points of the surface crack are determined. It is found that M_k results for cruciform X-joint differ with those of double-sided T-butt joint with percentage difference in values being as high as 136% and 76% for axial and bending loading cases, respectively. Finally, a new set of M_k equations for cracked double-sided T-butt joint and X-joint are proposed based on multiple regression analyses.