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。     

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。     

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。     

主方支圆空间KT形管节点空间效应和极限承载力研究

以矩形钢管为弦杆、圆管为支杆的混合空间钢管结构因形式新颖、相贯线切割简单而在大跨空间结构中逐渐得以应用,但因支杆的几何效应和荷载效应,导致混合型钢管空间相贯节点承载力计算比较复杂。采用非线性有限元方法,应用自动步长增量法研究了主方支圆空间KT节点的空间几何效应和荷载效应。理论分析表明:相比杆件的几何效应,荷载效应对节点极限承载力的影响更为明显,T形支杆上较大的轴力将使K形支管处极限承载力显著下降。通过对空间KT形节点极限承载力的分析,绘制平面K形、T形节点和空间KT形节点承载力相关曲线,并提出计算公式供设计人员参考。     

不同支杆轴力系数下空间KK型方管相贯节点的承载力研究

应用有限元法分析了不同支杆轴力系数的空间KK型方管相贯节点的承载力和变形,揭示了节点承载力和变形与支杆轴力系数间的关系,提出了空间KK型与平面K型节点承载力的比值随支杆轴力系数的不同而变化的观点,即支杆轴拉(压)力系数越大,空间节点承载力相对平面节点承载力的比值越小.     

不同支杆轴力系数下空间KK型方管相贯节点的承载力研究

应用有限元法分析了不同支杆轴力系数的空间KK型方管相贯节点的承载力和变形,揭示了节点承载力和变形与支杆轴力系数间的关系,提出了空间KK型与平面K型节点承载力的比值随支杆轴力系数的不同而变化的观点,即支杆轴拉(压)力系数越大,空间节点承载力相对平面节点承载力的比值越小。     

基于微观断裂机制的XK型相贯节点极限承载力分析

采用基于微观断裂机制的空穴扩张模型（VGM）和应力修正应变模型（SMCS）对XK型相贯节点进行断裂预测,分析了有限元模型中考虑焊缝构型与否对断裂预测结果的影响。通过与试验结果的对比,证明了合理考虑焊缝构型在相贯节点断裂预测中的重要性,验证了VGM模型用于预测相贯节点在单调荷载作用下延性断裂的适用性。分析了XK型相贯节点在腹杆轴力作用下的破坏模式和极限承载力。结果表明,XK型相贯节点可能在受拉腹杆与弦杆之间的焊缝处发生断裂,这种破坏模式属于强度破坏,节点极限承载力应取该断裂荷载|XK型相贯节点也可能在受压腹杆与弦杆相交处因过大的塑性变形而破坏,此时,节点极限承载力应取荷载-弦杆变形曲线的峰值荷载。XK型相贯节点的破坏模式与节点几何构造和腹杆受力状态有关。     

支杆与腹杆轴力比值对KT型圆钢管相贯节点承载力的影响

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型节点承载力简化计算公式。     

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。     

直接焊接KT型搭接方管节点破坏类型的有限元分析

利用ANSYS程序对KT型搭接方管节点的破坏类型进行了有限元分析,主要分析了支杆与弦杆边长比、弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比对节点破坏类型的影响.分析得出节点主要发生4种类型的破坏:受拉支杆一侧弦杆上表面局部屈曲破坏;弦杆上表面塑性破坏;受拉支杆强度破坏;弦杆弯曲破坏.弦杆无轴压作用时,弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比越小节点越易于发生第3类破坏,支杆与弦杆边长比为大值或小值时发生第3类破坏的节点均多于支杆与弦杆边长比为中间值的情况.弦杆有轴压作用时,随弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比增大,节点由较多发生第3类破坏过渡到第2类破坏,最后到第1类破坏.随着支杆与弦杆边长比增大,发生第1类破坏的增多,支杆与弦杆边长比为0.8的部分节点发生了第4类破坏.     

Research on mechanical behaviour of overlapped CHS-to-SHS welded N-joints

An experimental programme and associated parametric analysis of overlapped CHS-to-SHS welded N-joints were carried out. Two partially overlapped CHS-to-SHS welded N-joints were tested to failure under overlapping brace axial compression and chord axial loading. Elastic-plastic large deflection finite element analysis (FEA) of the experimental joints was performed and the FEA results for the failure mode and ultimate capacity are found to be in good agreement with the tests results. A detailed parametric study is subsequently conducted to examine the failure modes and to study the effect of geometric parameters and chord forces on the ultimate bearing capacity of the joints. The analytical results show that there are four possible failure modes of the joint under overlapping brace axial compression. It also reveals that brace-to-chord width ratio, chord width-to-its thickness ratio and brace-to-chord thickness ratio have a large effect on the failure mechanism and ultimate bearing capacity of overlapped CHS-to-SHS N-joints. Furthermore, the effect of chord compression force on the ultimate bearing capacity of the joints cannot be neglected.     

型钢混凝土框架结构耐火性能有限元分析

为了研究型钢混凝土框架整体结构的耐火性能,为其抗火设计提供参考,采用受火楼层建立精细化有限元计算模型、非受火楼层建立梁单元计算模型的方法,建立了型钢混凝土框架整体结构的耐火性能计算模型。考虑火灾位置、荷载分布形式、柱轴压比等参数的影响,对火灾下型钢混凝土框架整体结构的变形规律、承载机制、破坏形态以及耐火极限进行参数分析。分析结果表明：火灾下框架结构出现了整体破坏和局部破坏两种典型的破坏形态,受火构件受到的约束作用对其耐火性能有较大的影响;在局部破坏形态中,由于受热膨胀,火灾下框架梁首先出现了较大的轴压力,受火框架梁处于压弯受力状态;之后,框架梁出现了悬链线效应,轴力对框架梁的受力状态有较大影响;在整体破坏形态中,根据轴压比及荷载分布形式的不同,框架出现了中柱破坏和边柱破坏两种典型破坏形态,同时,随楼层受火位置的升高,柱的轴压比减小,框架结构的耐火极限增加。     

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。     

柱失效方程中荷载相关特性对承载力抗震设计可靠度的影响

以竖向荷载和水平地震作用组合下的钢筋混凝土柱和钢柱为对象,研究了失效方程中荷载相关特性对柱承载力抗震可靠性的影响。根据现行《混凝土结构设计规范》和《钢结构设计规范》分析了不同柱弯矩轴力相关曲线的特性。结合多个框架结构实例,对比了柱失效方程中荷载相关曲线与规范考虑情形的异同。实例分析表明:水平地震和竖向荷载组合作用下,小偏压RC柱和工字型钢柱的荷载相关曲线与规范考虑的情形较为符合,均近似为负相关的直线;水平地震和竖向荷载组合作用下,大偏压RC柱的荷载相关曲线则与规范考虑的情形有较大出入,存在明显的正相关段部分。在此基础上,考虑失效方程复杂特性,依据已有的荷载和抗力变量概率模型,采用Monte Carlo法分析了水平地震和竖向荷载组合作用下柱的可靠性。结果表明:钢柱和小偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化幅度较小,与规范模式计算结果较接近;大偏压RC柱的承载力抗震可靠度随轴压力荷载效应比值的变化会有较大幅度波动,与规范模式计算结果差异较大;当轴压力荷载效应比值为负时,大偏压RC柱的承载力抗震可靠度会低于规范计算值较多,现行柱可靠性设计方法会偏于不安全。     

钢结构集成房屋模块间十字形板-端板连接节点轴压性能研究

现有钢结构模块化建筑的连接节点大多难以用于集成房屋模块间的连接,为此,提出一种十字形板 端板连接件。通过对两个节点试件进行轴压试验,研究节点在轴压荷载作用下的破坏模式和承载力。采用ABAQUS建立试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性。采用该有限元模型分析了十字形板厚、端板厚和柱壁厚等参数对节点轴压承载力的影响。结果表明,柱壁与十字形板厚度的比值影响节点轴压破坏模式,其轴压破坏模式分为十字形板扭转破坏、柱端压屈破坏和两种破坏的组合。采用ANSI/AISC 360-2010中对柔薄板件的计算方法,得到十字形板扭转破坏下的轴压承载力计算公式。通过引入强度折减系数,得到柱端压屈破坏模式下的轴压承载力计算公式。将试验结果和有限元模拟结果进行对比,验证了承载力计算公式的实用性。     

手风琴效应对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

由于预应力波纹腹板组合梁的腹板存在显著的手风琴效应,使其受力性能不同于普通平腹板组合梁。为了研究手风琴效应对预应力波纹腹板组合梁抗火性能的影响,采用ABAQUS有限元软件建立了考虑端部约束的预应力波纹腹板组合梁在火灾下的数值模型,分析了预应力波纹腹板组合梁在高温下的破坏形式、跨中挠度、拉索张力及组合梁轴力等随温度变化的特点。结果表明： 高温下波角30°腹板的局部失稳区域大于波角45°和60°组合梁的失稳区域;波高50 mm的组合梁跨中挠度值最小;波高越大,临界状态时腹板局部失稳区域越大;平直段长度50 mm组合梁跨中挠度最小,轴向刚度更大;腹板厚度对波纹腹板组合梁跨中挠度的影响最为显著;轴向约束作用下的组合梁典型破坏形态是梁端负弯矩区腹板和下翼缘发生局部屈曲;不同轴向约束比下,梁的轴向力从压力转变为拉力时温度为691 ℃;转角约束比对组合梁的影响主要集中在473 ℃至临界温度阶段;不同转角约束比下,组合梁轴向压力转变为轴向拉力的温度为677 ℃。     

Influence of accordion effect on fire resistance of prestressed steel-concrete composite beams with corrugated webs

由于预应力波纹腹板组合梁的腹板存在显著的手风琴效应，使其受力性能不同于普通平腹板组合梁。为了研究手风琴效应对预应力波纹腹板组合梁抗火性能的影响，采用ABAQUS有限元软件建立了考虑端部约束的预应力波纹腹板组合梁在火灾下的数值模型，分析了预应力波纹腹板组合梁在高温下的破坏形式、跨中挠度、拉索张力及组合梁轴力等随温度变化的特点。结果表明： 高温下波角30°腹板的局部失稳区域大于波角45°和60°组合梁的失稳区域；波高50 mm的组合梁跨中挠度值最小；波高越大，临界状态时腹板局部失稳区域越大；平直段长度50 mm组合梁跨中挠度最小，轴向刚度更大；腹板厚度对波纹腹板组合梁跨中挠度的影响最为显著；轴向约束作用下的组合梁典型破坏形态是梁端负弯矩区腹板和下翼缘发生局部屈曲；不同轴向约束比下，梁的轴向力从压力转变为拉力时温度为691 ℃；转角约束比对组合梁的影响主要集中在473 ℃至临界温度阶段；不同转角约束比下，组合梁轴向压力转变为轴向拉力的温度为677 ℃。     

圆钢管钢纤维活性粉末混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管钢纤维活性粉末混凝土（RPC）短柱的轴压性能,完成了7根外径219~273mm的圆钢管钢纤维RPC短柱轴压性能试验,分析了套箍系数、径厚比对轴压试件荷载-应变曲线和破坏特征的影响。结果表明：套箍系数ξ在0.63~0.88时,荷载-位移曲线在峰值荷载后出现下降段,短柱呈现剪切破坏模式;当ξ≥1时,在到达峰值荷载后,荷载下降幅度明显减小或出现回升趋势,短柱呈现腰鼓形破坏模式。在达到峰值荷载的85%之前,试件处于弹性阶段,钢管纵向应变大于横向应变;弹塑性阶段,钢管横向应变增加较快,其横向变形系数超过钢管的泊松比并逐渐增大,钢管对RPC的约束作用不断增强。随着混凝土抗压强度提高,其横向变形系数减小,钢管对核心区RPC约束效果降低。