木梁柱螺栓钢填板节点转动性能理论计算方法

文章首先通过单调加载试验研究胶合木梁柱螺栓钢填板节点在弯剪复合作用下的转动性能,随后基于Johanson屈服模型提出胶合木梁柱钢填板螺栓节点在弯剪复合作用下的极限承载力和节点刚度的计算方法;同时提出节点弯矩转角曲线的理论预测模型。理论计算与试验结果相比具有较高的准确性。最后,基于节点承载力的理论计算方法分析节点抗剪承载力随剪弯比的变化规律。试验和计算结果表明：文中所提出的节点极限承载力计算方法、刚度计算方法和弯矩转角曲线理论预测模型均与试验结果较为吻合;随着节点剪弯比的增大,节点的附加弯矩减小,节点抗剪承载力增大。节点在纯剪状态下抗剪承载力最大,节点的附加弯矩将降低节点的抗剪承载力。通过节点承载力理论计算方法能得到节点的抗弯承载力 抗剪承载力曲线,可为木梁柱螺栓钢填板节点的设计提供依据。     

太原植物园大跨胶合木网壳销轴-钢插板支座节点受力性能试验研究

基于太原植物园大跨度胶合木网壳结构工程案例,针对支座处用于连接胶合木杆件与基础的销轴-钢插板节点,进行了两个单调加载及一个往复加载的抗弯试验,得到了节点的荷载-位移曲线及滞回曲线,给出了节点的转动刚度及承载力,并给出了节点的典型破坏模式.试验结果表明:节点抗弯承载力相当于胶合木构件抗弯承载力的24.4％,具有半刚性特征...     

预应力胶合木梁的受弯性能试验研究

对21根胶合木梁的受弯性能进行了试验研究,其中包括螺纹钢筋增强、预应力胶合木梁和未增强胶合木梁。通过试验分析了构件的破坏形态与破坏机理,对比分析了不同构件的极限荷载与抗弯刚度等受弯性能。试验结果表明:增强或预应力构件的破坏形式主要表现为受压区屈服破坏;相比未增强胶合木梁,非预应力钢筋增强胶合木梁的受弯极限承载能力提高了14%,而预应力增强胶合木梁则提高了19%~50%;梁内无粘结预应力配筋对构件的物理刚度贡献不大;在木梁受压区配置适当的非预应力钢筋,能进一步提高其结构性能。     

非比例加载下三维半刚性钢节点的试验研究与数值分析

研究强轴和弱轴组成的延伸端板三维节点。弱轴构件与焊接在柱翼缘的板(衬板)之间采用螺栓连接。对该节点进行试验研究与数值模拟,得到不同三维模式下的转动性能(弯矩-转角曲线)以及各轴间的相互作用。试验结果和数值分析结果显示,强轴和弱轴节点间存在耦合效应。弱轴荷载提高了强轴节点受拉区刚度,增强了受压区弹性,这使得强轴节点的初始刚度略有提高。数值分析结果显示,衬板可提高强轴节点的刚度。     

螺栓球节点的静力及滞回性能研究北大核心CSCD

螺栓球节点广泛应用于网架及双层网壳中,属于典型的半刚性节点.在传统的设计与分析中,常忽略抗弯刚度而将其假设为铰节点,造成结构实际内力与数值计算结果出现偏差,因此有必要研究螺栓球节点的力学性能.利用ABAQUS软件建立了螺栓球节点的精细化模型,通过与已有试验结果的对比验证了模型的准确性;深入研究了不同参数下螺栓球节点的轴向与抗弯刚度及滞回性能.研究表明:当螺栓球节点受轴向压力作用时,套筒承受大部分作用力,节点的轴压刚度随螺栓直径和套筒厚度的增加而增大;当螺栓球节点受轴向拉力作用时,螺栓及锥头承受大部分作用力,节点的轴拉刚度随螺栓直径和锥头底板厚度的增加而增大;在同一拉弯及压弯应力比下,螺栓球节点在拉弯作用下的极限弯矩值高于压弯作用下的极限弯矩值,而拉弯及压弯作用下节点的初始刚度值相差不大;螺栓球节点的滞回曲线呈饱满的纺锤型,骨架曲线呈典型的“S”型,表明节点具有良好的延性、受力性能及耗能性能.     

FRP增强胶合木梁的受弯性能研究

对FRP(fiber reinforced plastics/polymer)增强胶合木梁的受弯性能做了详细研究。通过试验分析了构件的破坏形态与破坏机理,对比分析了FRP增强胶合木梁与未增强梁的极限荷载与抗弯刚度等受弯性能。试验结果表明FRP增强杨木胶合木梁相对于未增强梁,受弯极限承载力提高了18%~63%,刚度提高了32%~88%,当配筋率为1.0%左右时,FRP增强杨木胶合木梁的受弯承载力与刚度分别可达到常用松木实木构件的1.82倍和1.35倍,并且增强构件的破坏形式大多表现为塑性受压破坏。基于力学模型分析,提出了粘结界面粘结剪应力、截面中性轴位置、FRP板拉力、受拉面层破坏荷载和极限荷载等的计算公式;然后将理论分析结果与现有的大量试验结果进行了对比,结果表明,模型精度较高,能够较好地预测FRP增强胶合木梁的受弯性能,可为此类结构构件的加工设计与工程应用提供参考。     

矩形钢管鼓形节点受力性能试验研究

铁岭体育馆为单层钢网壳结构,采用了矩形钢管-圆柱鼓形节点。为研究矩形钢管-圆柱鼓形节点受力性能,通过6个变换工艺参数的节点拉伸、弯曲、拉弯试验,分析试验现象及其受力机理,验证鼓形节点容许承载力公式。试验结果表明,抗拉构件破坏模式为杆件与圆柱连接焊缝开裂,抗弯、抗拉弯构件破环模式为杆件受压、受拉翼缘屈服。该类鼓形节点的极限荷载与连接钢管同圆柱鼓形节点之间刚度比有关,与焊接工艺也有相当关系。     

带翼缘钢填板-螺栓连接胶合木梁-柱节点转动性能试验研究

针对钢填板-螺栓胶合木梁-柱连接节点易发生木材横纹劈裂脆性破坏的问题,提出在钢填板上下端增设翼缘以降低木材横纹拉应力或约束木材横纹裂缝扩展,形成带翼缘钢填板-螺栓连接胶合木梁-柱节点形式。通过对其进行单调加载试验,获得了该连接节点的弯矩-转角关系曲线,对比分析了该类连接节点和采用不同加固技术的普通钢填板-螺栓连接节点的受弯承载力。研究表明：带翼缘钢填板-螺栓连接节点具有良好的变形能力,其相对受弯承载力较普通钢填板-螺栓连接节点提高最多可达129%,且高于采用自攻螺钉、碳纤维布和交叉胶合木等技术加固的普通钢填板-螺栓连接节点的受弯承载力。     

高强方钢管高强混凝土构件纯弯性能研究

通过4个高强方钢管高强混凝土构件的纯弯性能试验,得到了荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线和弯矩-曲率曲线,并分析了试件核心混凝土的破坏模态。试验结果表明:高强方钢管高强混凝土纯弯构件的破坏形态为受弯破坏;核心混凝土裂缝分布均匀,最大的裂缝位于混凝土受拉区跨中截面附近;随着钢材屈服强度的增大,试件的承载力增大;根据弯矩-曲率曲线可以将纯弯构件的受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段。采用有限元分析软件ABAQUS对高强方钢管高强混凝土纯弯构件进行了有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。在此基础上,分析了钢材屈服强度、混凝土强度、含钢率对纯弯构件受力性能的影响。分析结果表明,纯弯构件的承载力随着含钢率、钢材屈服强度、混凝土强度的增加而增加,其中,含钢率和钢材屈服强度对构件的承载力影响较大;与钢材屈服强度和混凝土强度相比,含钢率对提高纯弯构件的抗弯刚度影响较大。     

木网壳结构半刚性装配式植筋节点受力性能研究

为研究新型装配式植筋木网壳节点的受力性能,设计并制作了两种不同截面形式的6组共计18个试件,开展偏心距分别为0、50 mm和100 mm的偏压性能试验,分析偏心距、轴向压力以及截面形式对节点半刚性特性的影响。结果表明:节点处发生核心区钢扣板局部屈曲、植筋屈服以及木材压裂等3种典型的破坏模式;偏心距大小对节点的破坏模式有影响,且与节点的初始转动刚度成反比;相同偏心距下,矩形截面试件节点的受弯承载力大于方形截面试件,但其转动延性不如后者;偏心距越小,轴力对节点初始转动刚度的增大效果越明显,初始转动刚度越大。根据试验得到的节点弯距-转角曲线,引入初始刚度系数、压力影响系数以及曲率形状系数,利用幂函数改进模型拟合得到了节点的半刚性弯矩-转角模型。对一单层半刚性节点球面木网壳进行整体荷载-位移全过程分析,发现其承载力远大于节点按铰接考虑的情况,且其跨中荷载-位移的全过程曲线发展趋势更加接近于节点刚接的网壳,整个结构具有良好的承载能力及延性。     

盾构隧道纵向接头局部足尺试验研究

沿盾构隧道纵向,管片环与管片环之间的接头称之为纵向接头。纵向接头是变形的薄弱部位,在变形过程中受到相邻管片的约束,其受力特点与管片接头不同。文章首先采用数值模拟方法,研究纵向接头局部试验的可行性,然后开展纵向接头局部足尺试验,研究接头的受力变形特征,所得结论如下：对纵向接头进行分析时,对比整环模型及纵向等效刚度梁模型计算结果,两者接头张开量、螺栓应力相差在11%以内,管片结构塑性损伤区分布特征基本一致,故纵向等效刚度梁模型可作为纵向接头局部足尺试验的依据;纵向接头局部足尺试验时,纵向接头张开量的变化对轴力更加敏感,螺栓应变增长与环间力(轴力、弯矩)的增加基本保持一致。接缝转角在环间拉力下趋近于0,且追随环间弯矩的变化;各工况中构件表面混凝土最大拉应变出现在套筒侧管片外表面中部,最大压变出现在手孔侧管片的内表面。破坏试验中,纵向拉力3232kN时管片结构先于螺栓破坏,此时螺栓未达屈服强度。     

大断面胶合木张弦曲梁及拼接节点静载受弯试验研究

现代大断面胶合木结构采用内嵌双钢板节点形式较为美观,构造相对合理,但因工艺复杂,相关研究不多,故应用较少。文章设计制作了1个内嵌双钢板销式连接的大断面胶合木拼接节点足尺试件,通过静载抗弯承载力破坏性试验,研究节点的失效模式和破坏机理。进而将此节点应用于30m大跨度胶合木张弦曲梁中,设计1个1∶1足尺试件并进行堆载试验,研究张弦曲梁的受力机理、承载能力以及宏观、微观结构响应,并考察拼接节点螺栓群的工作状态。拼接节点试验表明：该节点在纯弯加载过程中未出现钢销滑移等现象,节点最终因受拉区销孔处木材达到承压强度而破坏,说明此类拼接节点受力合理,连接可靠。跨度为30m的张弦曲梁试验表明：该梁施加预应力后,其竖向刚度显著提高、变形减小,在弹性范围内工作,受力性能良好。     

Behaviour of semi-rigid steel beam-to-beam joints under bending and axial forces

This paper presents an analysis of semi-rigid beam-to-beam end-plate bolted joints that are subjected to bending and tension or a compression axial force. Usually the influence of axial force on joint rotational stiffness is neglected. According to EC3, the axial load, which is less than 10% of plastic resistance of the connected member under axial force, may be disregarded in the calculation of characteristics of a joint. Actually, the level of axial forces in joints of structures can be significant and has a significant influence on characteristics of semi-rigid joints. One of the most popular practical methods permitting the determination of rotational stiffness and moment resistance of a joint is the so-called component method. The extension of the component method for evaluating the influence of bending moment and axial force on the rotational stiffness and moment resistance of a joint are presented in the paper. The numerical results of calculations of characteristics of joints and calculations of steel framework are presented in this paper as well.     

Experimental study of semi-rigid joint systems subjected to bending with and without axial force

Socket joints and bolt-ball joints are typical semi-rigid joint systems widely used in spatial structures. In this paper, tests on fifteen joints are carried out to study their mechanical behavior. Three socket joint systems are subjected to bending moment and shear force, and another seven socket joint systems and five bolt-ball joint systems are subjected to bending moment, shear force and axial compressive force. The main characteristics of the moment-rotation relationship for the connections under different loading schemes are summarized and discussed. The results indicate that: (i) both socket and bolt-ball joint systems have good bending stiffness; (ii) the axial compressive force increases the initial bending stiffness of the joints; (iii) the axial compressive force has different effects on the bending moment capacity of different joints; and (iv) the yield process of moment-rotation curves of the joints is shortened due to the action of the axial compressive force.     

K形管板节点板稳定承载力研究

《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)附录F中介绍了桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定计算,假定受压区节点板分成三个区同时受压,把各个区当成轴心受压构件分别计算其稳定性,但只考虑了腹杆轴力的影响,没有考虑腹杆弯矩的影响。实际上,腹杆弯矩的存在会导致三个区中边上的两个区分别承受压应力和拉应力。因此,在对平面K形管板节点的节点板稳定承载力进行分析时,考虑了腹杆轴力与弯矩的共同作用,并假定受压区节点板分成三个区同时承受外力,把受压区当成轴心受压构件计算其稳定性,提出了平面K形管板节点在斜腹杆压力作用下节点板的稳定承载力计算公式。最后,与按照小挠度理论推导的稳定承载力计算公式进行了对比,得到《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中节点板稳定承载力的结果偏于安全的结论。     

网架网壳结构半刚性节点试验研究

为研究网架与网壳等空间结构中常用的半刚性Socket节点在纯弯和压弯荷载作用下的受力性能, 完成了3个Socket节点试件在纯弯荷载作用下的试验和6个Socket节点试件在不同比例的压弯荷载作用下的试验,并将节点在纯弯荷载和压弯荷载作用下节点的受弯承载能力进行了比较。在此基础上,提出了节点弯矩 转角曲线的简化模型。研究表明：Socket节点在纯弯荷载和压弯荷载作用下都表现出了较好的弯曲承载力和延性;节点在压弯荷载作用下的初始弯曲刚度和屈服弯矩要高于其在纯弯荷载作用下的初始弯曲刚度和屈服弯矩;节点的初始抗弯刚度随着压弯荷载比例的增大而增大;对于以Socket节点连接的空间结构,采用纯弯荷载作用下得到的节点抗弯刚度计算结构的承载力偏于保守。     

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。     

钢筋混凝土剪力墙拉压变轴力低周往复受剪试验研究

完成了截面纵筋率为3%,剪跨比为1.5的2片钢筋混凝土剪力墙拉压变轴力低周往复受剪试验。当剪力墙反复处于拉剪、压剪受力状态时,剪力墙在拉剪阶段屈服,在压剪阶段发生脆性受压破坏。当承受的拉力较小时剪力墙为大偏心受拉,斜裂缝处竖向和水平分布筋屈服;当承受的拉力较大时剪力墙为小偏心受拉,水平通缝处截面纵筋屈服。剪力墙受压时刚度大,端部纵筋受拉后再受压容易屈曲,因此其抗压剪承载力先于抗拉剪承载力达到峰值,抗压剪承载力因混凝土的受压脆性经过峰值点后迅速下降。与拉剪受力相比,剪力墙在压剪受力时的承载力高、变形小。剪力墙的抗拉剪、抗压剪承载力和抗压剪变形能力随目标轴力幅度的提高而下降。与定轴力受剪试验结果相比,剪力墙在拉压变轴力受剪时的抗拉剪承载力降低,抗压剪承载力未有显著变化。轴拉力不仅会降低剪力墙的抗剪承载力,还会加大剪力墙受拉、受压时抗剪承载力的差异,因此应控制底部剪力墙受拉,并控制墙体受拉水平。     

焊接空心球节点的拉压极限承载力分析

采用三维退化曲壳有限元对焊接空心球节点的极限承载力进行了计算。推导了其切线刚度矩阵和弹塑性矩阵,采用多线性等向强化模型和Von-Mises屈服准则,在对6组受拉节点和6组受压节点的试验结果进行了数值模拟的基础上,提出了适于有限元分析的强度破坏准则和极限准则;采用柱面弧长子增量技术,跟踪了节点在轴向荷载作用下的荷载-位移曲线。通过计算发现,焊接空心球节点在轴向受拉荷载作用下为强度破坏,而在轴向受压荷载作用下为弹塑性压曲破坏,两者均与钢材的设计强度有关。最后,在对32组受拉节点和32组受压节点承载力回归分析的基础上,提出了球外径适用范围为160～900mm的焊接空心球节点承载力计算公式。     

拉压变轴力下小剪跨比预应力混凝土墙往复受剪试验研究

为了研究预应力混凝土（PC）剪力墙的抗震性能,提出剪力墙在拉压变轴力作用下的水平往复加载试验加载制度,完成3片剪跨比为1.0的预应力混凝土墙在恒定轴拉力、恒定轴压力和拉压变轴力作用下的水平往复加载试验,研究其破坏模式、滞回性能、承载力、变形能力、刚度和残余裂缝宽度,并与型钢混凝土（SRC）墙和普通RC墙的抗震性能进行了对比。试验结果表明：恒定轴拉力试验中,预应力混凝土墙发生了腹板剪切破坏;恒定轴力试验中墙体发生了斜压破坏;拉压变轴力试验中,墙体在压剪方向加载时发生剪压破坏。拉压变轴力加载导致预应力混凝土墙拉剪和压剪承载力分别降低了18.7%和10.5%。预应力混凝土墙在恒定轴拉力和拉压变轴力作用下的极限位移角为1.2%~1.6%,变形能力大于JGJ 3—2010《高层建筑混凝土结构技术规程》规定的弹塑性位移角限值(1/100);恒定轴压力试验中水平峰值荷载超过了墙体截面受剪承载力限值,出现斜压破坏,极限位移角仅为0.6%。预应力混凝土墙试件与SRC墙试件的刚度、承载力和变形能力接近,前者的残余裂缝宽度小于后者的,表现出更好的震后可修复性。由于预应力有效抑制了墙体水平贯通裂缝的形成、防止出现沿水平裂面的滑移破坏,因此在较大轴拉力水平时预应力混凝土墙比普通RC墙的抗侧刚度和承载能力均显著提高。总体来看,预应力混凝土墙抗震性能优良,是一种改善高层建筑中受拉剪力墙抗震性能的有效手段。