圆钢管混凝土Y形节点极限承载力计算方法

文章研究了支管受拉或受压的圆钢管混凝土Y形节点在各种失效模式下的受力性能和破坏机理,基于不同失效模式下的破坏机理和受力状态,建立了合理的力学计算模型,提出了支管截面形式为圆形或矩(方)形的圆钢管混凝土Y形节点极限承载力计算方法,并通过试验验证了所提计算方法的合理性。研究结果表明,文中所提出的圆钢管混凝土Y形节点极限承载力计算方法可以用于圆钢管混凝土桁架结构设计和实际工程。     

轴力下空间XK型圆钢管相贯节点的承载力计算

空间XK型圆钢管相贯节点在大跨度空间桁架中得到很好地应用,但目前关于该节点极限承载力的计算方法尚不完善.在试验的基础上,对36个空间XK型圆钢管相贯节点进行双重非线性有限元分析,计算了其极限承载力;探索了不同几何参数和加载方式对该类节点极限承载力的影响规律;根据分析结果并借鉴平面K型圆钢管相贯节点的承载力计算公式,考虑空间效应的影响,提出了空间XK型圆钢管相贯节点的承载力建议公式.采用建议公式对相关试件进行计算,计算结果与试验结果吻合良好.     

N型圆钢管相贯节点滞回性能有限元数值分析

相贯节点是钢管结构常用的节点形式,为评价普通及外贴钢板加强的N型圆钢管相贯节点的抗震性能,采用8节点实体单元分别建立两种节点的有限元模型,设置接触单元模拟加强铜板与节点主管之间的接触作用,对两种节点的滞回性能进行了有限元数值分析,得到两种节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域应力分布．两种节点的滞回曲线均呈有一定宽度的梭形,滞回性能良好;根据节点骨架曲线,外贴钢板使相贯节点极限承载力提高了25％以上．数值分析结果与相应试验结果基本一致,验证了有限元方法在相贯节点滞回性能研究中的适用性和可靠性．     

X型钢管相贯节点抗弯极限承载力的影响因素分析

为解决钢管结构设计中相贯节点设计问题,采用三维四节点弹塑性壳单元shell 181单元和理想弹塑性材料在ANSYS有限元程序中建立X型钢管相贯节点的有限元模型,分析了支管直径与主管直径比β、主管直径与壁厚比γ对X型钢管节点的极限抗弯承载力的影响,并给出各影响因素对X型钢管相贯节点抗弯极限承载力的影响规律.     

主方支圆钢管轻骨料混凝土K型节点承载力

为研究主方支圆高强钢管轻骨料混凝土有间隙K型节点的承载力,对支管间设置加劲板的节点和基本型节点进行了主管轴压静力加载试验,考察了加劲板和支主管偏心距对节点破坏模式和承载力等受力性能的影响.试验结果表明:与受拉支管相连的主管鼓起、支主管焊缝开裂、支管根部屈曲、加劲板焊缝开裂和加劲板屈曲是该类节点的典型破坏模式;受压支管和主管受压区内轻骨料混凝土未发生明显破坏,受拉支管和主管受拉区内轻骨料混凝土发生轻微破碎;加劲节点的屈服承载力和极限承载力较基本型节点分别提高43.4%～69.6%和25.9%～43.1%.基于有间隙K型节点试验破坏模式,推导了考虑加劲板应力传递效应和轻骨料混凝土约束效应的与受拉支管相连的主管凸曲承载力计算式和支主管焊缝开裂承载力计算式.     

圆钢管混凝土短柱局压力学性能研究

进行了12个圆钢管混凝土短柱局压试验,探讨混凝土强度等级、局压面积比对钢管混凝土短柱局压极限承载力的影响.试验结果表明,混凝土强度等级提高,极限承载力增大而延性降低;局压面积比减小,则承载力越高延性越低.采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立圆钢管混凝土短柱局压的壳-实体三维有限元模型,在试验验证的基础之上,利用ABAQUS软件及相应的有限元模型探讨局压面积比、含钢率、钢材强度和混凝土强度对短柱局压极限承载力的影响.通过拟合分析提出圆钢管混凝土短柱局压极限承载力的实用计算公式,将该计算公式、有限元计算值、其他学者提出的计算公式与笔者试验及其他学者共47组圆钢管混凝土短柱局压试验资料进行对比,分析结果表明,笔者提出的公式计算结果与试验结果相比具有较高的精度.     

圆钢管混凝土K型焊接管板节点试验研究和有限元分析

以组成K型焊接管板节点的塔柱径厚比γ、腹杆与塔柱管径比β和壁厚比τ,节点板厚度与腹杆壁厚比t_g/t_i为参数,对4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点和1个空心圆钢管K型焊接管板节点进行试验,研究该类型节点的破坏模式、承载能力以及节点区的受力特点,并采用有限元方法分析各参数对圆钢管混凝土K型焊接管板节点受力性能的影响规律。研究结果表明:随着所取参数的变化,圆钢管混凝土K型焊接管板节点存在腹杆失效和节点板失效2种破坏模式;而空心圆钢管K型焊接管板节点的破坏模式为塔柱管壁过度塑性变形失效。说明钢管中混凝土的填充改变了节点的受力特点和破坏模式,有利于材料承载能力的充分发挥。节点板厚度与腹杆壁厚比t_g/t_i是影响圆钢管混凝土K型焊接管板节点破坏模式和极限承载力的关键因素。在实际工程中,为避免出现节点失效,t_g/t_i的取值宜大于2。     

圆钢管相贯节点局部刚度的参数公式

对圆钢管相贯节点局部刚度研究的必要性和国内外研究状况作了评述 ;在钢管相贯节点局部变形机制的基础上对局部刚度作了定义 ;采用板壳有限元方法分析钢管相贯节点 ,通过单参数分析确定各影响参数与节点局部刚度之间的函数形式 ,从而设定回归模式 ,并用正交试验设计理论设计计算模型 ;应用多元线性回归理论拟合出相贯节点局部刚度的参数公式 ;通过节点模型试验对有限元方法进行校验 .结果表明 ,采用的分析方法及获得的参数公式具有很好的适用性     

基于微观断裂机制外加劲肋X型圆钢管相贯节点承载力研究

为了研究外加劲肋X型圆钢管相贯节点的断裂行为，对本文设计的30个模型进行有限元分析，运用空穴扩张模型(void growth model, VGM)对节点进行断裂预测。分析加劲肋几何参数和支主管外径比对外加劲肋X型圆钢管相贯节点承载力的影响。运用VUSDFLD子程序分析节点断裂区域子模型开裂到完全断裂这一过程承载力的变化情况和裂纹扩展过程。结果表明：外加劲肋长度的增加会提高节点的承载能力，外加劲肋的厚度对节点的承载力影响不大。支主管外径比的改变会改变节点的破坏模式，随着支主管外径比的增加，节点刚度提高，节点的断裂出现在节点极限变形之前，外加劲肋对节点承载能力的提高效果会先增加后减小，当支主管外径比很大时，采用加劲肋加固的效果不再那么明显。无论是否设置外加劲肋，节点焊缝在开裂后，节点不会立即失去承载能力，节点从开裂到完全断裂过程中承载力会有所提高，随着相贯节点焊缝焊脚尺寸的增加，节点的承载能力逐渐提高，节点从开裂时刻到断裂时刻承载力提高的比率会逐渐增加。     

搭接N型方圆钢管节点极限承载力研究

对搭接N型方主管、圆支管的相贯节点进行了非线性有限元分析,揭示了平面N型搭接节点的受力性能,描述了搭接节点3个参数(支主管径宽比、主管宽厚比、支主管厚度比)的变化对节点极限承载力的影响,同时分析了主管荷载对节点极限承载力的影响,提出了影响系数.研究表明,主管承受轴力对节点极限承载力影响较大,规范公式未考虑主管轴力的影响,其计算结果与有限元计算结果和实验结果有一定的误差,有必要考虑主管应力对节点极限承载力的影响.     

圆钢管混凝土短柱轴压极限承载力分析

针对钢管混凝土短柱轴压状态,考虑屈服时钢管竖向应力对承载力的贡献,采用厚壁圆筒理论和双剪统一强度理论,对钢管进行极限承载力分析;对混凝土采用Drucker-Prager屈服理论进行钢管约束下的承载力的计算分析,两者叠加得到钢管混凝土的极限承载力计算公式,并与现有试验数据进行对比,结果吻合良好,为圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算提供了一种新的方法.     

大曲率主管的圆钢管X型节点轴压承载力研究

为研究大曲率主管的圆钢管X型节点轴压性能,采用数值模拟方法对96个不同支、主管外径比β、主管径厚比2γ和主管曲率半径R的圆钢管节点进行有限元参数分析。有限元参数分析结果表明:支、主管外径比β对节点的破坏模式影响较大;曲率半径R对节点破坏模式影响较小。小β值节点主管出现局部凹陷之后产生一定薄膜效应导致承载力出现一定回升;大β值节点试件主管仅出现椭圆化变形无承载力回升现象。当β=0.8时,随着曲率变化节点极限承载力变化较小。当β=0.2、0.4和0.6时,主管曲率半径大于12倍主管直径时,极限承载力变化较小;主管曲率半径小于12倍主管直径时,极限承载力随曲率增大而有所提高。对于相同的主管径厚比2γ,主管曲率半径大于12倍主管直径时,极限承载力变化较小;主管曲率半径小于12倍主管直径时,极限承载力随曲率增大而有所提高。在欧洲钢结构规范(Eurocode3 Design of Steel Structures)中的主管平直的圆钢管X型节点极限承载力计算公式的基础上,采用乘以修正系数的方式拟合出大曲率主管的圆钢管X型节点轴压承载力计算公式,为该类节点的设计提供参考。     

圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力有限元分析

目的利用有限元软件ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱的极限承载力进行非线性分析,验证笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式的正确性.方法钢管与核心混凝土接触界面采用库仑摩擦模型.核心混凝土与顶端垫板采用8节点线性缩减积分三维八面体实体单元(C3D8R),钢管采用线性四节点减缩积分壳体单元(S4R).柱的一端施加固定约束,另一端施加位移荷载.结果有限元模拟分析得到的载荷-变形关系曲线与已有试验结果吻合较好.钢管再生混凝土短柱的承载力有随着再生骨料取代率的增加而降低的趋势.结论笔者提出的核心再生混凝土本构关系的修正数学表达式,可以满足利用ABAQUS对圆钢管再生混凝土短柱构件轴压承载力进行较准确的模拟分析要求.     

圆钢管混凝土短柱的火灾后剩余承载力研究

在提出火灾全过程各阶段中钢管和核心混凝土应力-应变关系模型的基础上,采用有限元软件ABAQUS中的热-应力耦合分析模块计算了ISO-834标准火灾全过程作用后圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系曲线,计算结果和试验结果基本吻合.对火灾全过程中圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系、钢管和核心混凝土的截面应力分布以及两者之间的相互作用进行了分析,探讨了升温时间、初始荷载、截面含钢率、钢材强度、混凝土强度、防火保护层厚度和截面尺寸等参数对圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的影响规律,最终提出了圆钢管混凝土轴压短柱剩余承载力的简化计算公式.     

圆管相贯加强环节点承载力与变形性能分析

根据薄壁钢管的相贯节点的特性,提出了在钢管内部设置加强环节点构造形式,建立了有限元模型;运用ANSYS非线性有限元分析法,分别计算了在主支管相交区内不同方式设置不同数量和大小的加强环节点的各项指标,分析了加强环节点的受力特征与破坏模式,探讨了不同类型的加强环节点的承载力和变形性能,计算结果表明,在不同荷载组合下对节点进行局部加强环的构造型式对于提高节点承载力和减小局部变形是非常有效的措施.最后提出了相关的设计建议取值,避免了部分单纯由构造确定加强环节点的盲目性.     

圆钢管平面K型间隙节点极限承载力及其影响因素

以圆钢管平面K型间隙节点为对象,利用非线性有限元对其极限承载力进行了研究.分析了主、支管轴线间角度θ,支、主管直径比β（d/D）,主管径厚比γ（D/T）以及不同的边界条件及加载方式对节点极限承载力的影响.通过有限元计算值pu与规范公式计算值pcu的比值发现,规范公式对K型间隙节点承载力的计算偏向保守,且未考虑边界条件对节点承载力的影响.     

主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能影响

为了解主管内填混凝土对矩形钢管桁架受力性能的影响,在试验研究的基础上,进行了主管内填混凝土对矩形钢管桁架结构节点、杆件承载力和刚度的影响分析,并探讨了其失效机理。结果显示:主管内填混凝土改变了节点的失效模式,但节点仍然是桁架结构的薄弱部位;主管内填混凝土能够明显提高受压节点的承载力和刚度,但受拉节点的承载力和刚度提高程度不明显;主管内填混凝土能够很好地协助受压主管受力,并提高受压主管刚度,而受拉主管的承载力和刚度提高程度不明显;对受压支管承载力有一定影响,而对受拉支管影响很小。探讨了目前规程关于受压节点的破坏模式和承载力计算,以及主管内填混凝土后的矩形钢管桁架结构变形的计算,提出了考虑节点变形影响的实用计算方法,为主管内填混凝土矩形钢管桁架结构的应用提供参考。     

复杂空间焊接钢管相贯节点受力性能有限元分析

为考察焊接钢管节点的受力性能和不同加劲肋构造措施对节点承载力的影响,对3种不同构造措施的相贯节点进行了有限元分析。分析结果表明,空间钢管相贯节点主、支管交汇处为节点受力薄弱区域,特别是以受拉支管与主管相交处更为明显,3种加劲肋构造措施对应的相贯节点极限承载力均满足设计要求,其中:节点构造A型极限承载力最低,为设计荷载的0.9倍;节点构造B型和C型在应力、应变和承载力等方面规律基本一致;节点构造C型对应的弹性设计荷载比节点构造B型提高约30%,且相应的节点极限承载力比节点构造B型提高约6.3%;对加劲肋构造措施而言,在1.3倍设计荷载作用下,节点构造B型优于C型。     

方钢管轻骨料混凝土加劲TY型节点承载力研究

对方钢管轻骨料混凝土加劲T型节点和基本型节点进行了支管轴压试验,考察了加劲板和支主管截面宽度比对节点破坏模式、承载力等受力性能的影响.试验结果显示:节点的典型破坏模式有主管弯曲、主管上翼缘凹陷、主管腹板凸曲、支主管焊缝开裂、支管侧倾、加劲板屈曲和加劲板焊缝开裂等;加劲节点的承载力取决于包含加劲板应力扩散效应和轻骨料混凝土约束效应的方主管抗压弯强度和支主管焊缝承载强度,加劲节点的极限承载力较基本型节点提高15.0%～48.3%.建立了TY型节点方主管抗压弯计算模型和支主管焊缝开裂计算模型,推导了考虑加劲板应力扩散效应和轻骨料混凝土约束效应的加劲TY型节点方主管压弯承载力计算式和支主管焊缝开裂承载力计算式,验证了加劲TY型节点承载力计算式的精度.     

不同环向节点板宽厚比Q460高强钢管节点的承载力特性分析

圆钢管-工字截面横梁节点采用环向节点板连接主管与横梁,为了研究不同环向节点板宽厚比对Q460高强钢管节点承载力特性的影响,设计了钢管规格为1 030 mm×14 mm的圆钢管节点和相同钢管用钢量的十六边形钢管节点。建立节点的有限元模型开展非线性承载力分析,考察采用6种不同环向节点板宽厚比钢管节点的荷载-变形关系及其极限承载力。分析结果表明6种节点均具有良好的承载力特性和延性,环向节点板宽度增加有利于提高高强钢管节点承载能力;且相同节点板宽的十六边形钢管节点承载力略低于圆钢管节点,节点承载力计算时应考虑主管截面形式对节点承载力的影响。此外,探讨了高强钢管节点的承载力计算理论,节点板宽度小于7.5t时可以根据方法 2进行承载力计算。