支管轴压下高强钢圆管X形节点的承载力计算公式

研究了支管受压的Q460、Q690、Q960高强钢圆管X形节点的静力性能。采用经试验数据验证的有限元模型进行节点有限元参数分析，研究高强钢牌号、支管与主管外径之比（β）、主管外径与其管壁厚度之比（2γ）、主管轴向应力比（n）对节点性能的影响；与有限元参数分析和文献中试验结果对比，评价我国钢结构设计标准计算公式的适用性。结果表明，节点发生主管塑性破坏，节点承载力多由主管局部变形限值（3%主管外径）确定；多数情况下钢结构设计标准计算公式高估了高强钢圆管X形节点的承载力；主管受到压力或较大拉力时均会降低节点承载力。最后，针对不同钢材牌号的圆管X形节点给出了建议的2γ范围。基于主管塑性破坏，提出了考虑高强钢屈服强度、主管拉压效应的圆管X形节点承载力计算公式。     

鞍型垫板加强T型相贯节点极限承载力分析

利用有限元分析方法对鞍形垫板加强T形相贯节点在支管轴向拉力和压力作用下的极限承载力进行了研究,并在现行钢结构设计规范中关于直接焊接相贯节点的极限承载力设计公式的基础上引入极限承载力提高系数φ建立垫板加强T形相贯节点极限承载力设计公式.分析结果表明,支管轴向拉力作用下,影响φ的主要参数为垫板厚度λ;支管轴向压力作用下,影响φ的主要参数为主支管直径比β和垫板厚度λ.     

方支管-H型钢主管T型节点滞回性能研究

T型节点是钢结构中常见的节点形式之一。为研究T型节点的抗震性能,将16个尺寸不同的试件分为四组,其中两组不设加劲板,对照组设加劲板。利用ABAQUS软件进行数值模拟,分析了不设加劲板和设置加劲板的情形下支管宽度与主管翼缘宽度比β、支管厚度与主管翼缘厚度比γ两个参数对节点滞回性能影响,结果表明：无论是否设置加劲板,当轴向荷载取设计中的最小值时,在水平往复荷载作用下,节点滞回曲线均呈饱满梭形,且随着β、γ增大,节点承载能力增大,耗能能力增强;随着轴向荷载增大,无论是否设置加劲板,在水平往复荷载的作用下,各试件承载力均出现降低的迹象,这种现象在β、γ取设计中的最小值时尤为明显;对于设置加劲板的试件,与未设加劲板的试件相比,其承载力提高,抗震性能变好。     

矩形钢管混凝土T、Y型节点受压性能试验

为研究矩形钢管混凝土T、Y型节点受力性能,进行了7个矩形钢管混凝土T、Y型节点和1个矩形钢管Y型节点的受压试验,对节点的破坏模式及支主管宽度比β、内填混凝土对节点受压性能的影响进行了分析.试验结果表明:主管内填混凝土对矩形钢管混凝土T、Y型节点受压性能的影响明显,主管内填混凝土后,主管侧壁局部鼓曲这一破坏模式得到了避免,随支主管宽度比的减小,节点区域局部变形越明显,节点刚度越小;矩形钢管混凝土T、Y型受压节点承载力根据相应的破坏模式进行计算,当弦杆长度很短、支主管宽度比很小时,采用局部承压破坏模式进行计算;当弦杆长度较长时,往往发生弦杆弯曲破坏.     

表面焊板加强方钢管T型节点的受压性能

为研究覆板及环口板加强方钢管T型节点的受压性能,建立并验证了加强节点的有限元分析模型,考察了支管宽度和加强板尺寸等参数的影响规律,分析了加强节点的破坏形态及承载力设计方法.参数分析结果表明:支管宽度与加强板厚度是影响覆板和环口板加强节点受压性能的关键参数,并决定了加强节点的破坏模式;当支管-主管宽度比超过0. 8或加强板与主管厚度比大于2. 2时,节点发生主管侧壁屈曲控制的破坏形态,没必要继续增加加强板厚度;文中提出的新型环口板加强方法可以较好地增强主管翼缘和侧壁,阻止或延迟主管侧壁屈曲的发生.文中还采用现有规范和文献的设计公式,计算了覆板及环口板加强节点的受压承载力,验证了各公式的适用范围,从而为该类加强节点的设计提供参考.     

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。     

火灾下考虑震损的方垫板加强T型节点抗火性能

利用已有试验验证方垫板加强T型节点数值分析模型,引入损伤变量,考虑参数直径比、径厚比、壁厚比、垫板长度与支管直径比及垫板厚度与主管厚度比,对震后火灾作用下方垫板加强T型节点抗火性能进行分析研究.结果表明:损伤变量对方垫板加强T型节点的临界温度影响较大,临界温度随着损伤变量的增大呈线性减小趋势;直径比、径厚比、壁厚比及垫板厚度与主管厚度比对方垫板加强T型节点的临界温度影响较小;垫板长度与支管直径比对方垫板加强T型节点的临界温度影响较大,且随着该比值的增大方垫板加强T型节点的临界温度减小;径厚比和壁厚比的增大会使方垫板加强T型节点临界温度发生小幅度的上升.     

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。     

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。     

T型铸钢节点冲击响应研究

对两端简支 T 型铸钢节点在冲击荷载下的响应进行了非线性有限元分析,得到不同荷载参数下节点的冲击力时程曲线和变形时程曲线. 分析中将铸钢节点的变形分为主管管壁局部凹陷、主管整体弯曲和支管轴向变形三部分,通过计算得到三部分变形随冲击时间变化的规律及其所耗散的能量在节点总耗能中所占的比例. 结果表明:冲击动能相同时,冲击荷载和支管轴向变形的最大值与初始冲击速度有关,节点塑性耗能总量随主管径厚比的增大而增加,随主管长径比及主支管直径比的增大而减小. 当主管长径比较小时,支管变形大于主管变形. 支管与主管的直径接近时,节点的局部凹陷变形可以忽略.     

内隐藏焊缝对N形方圆钢管节点受力性能影响

为研究N形方圆钢管搭接节点中被搭接管内隐藏部分和主管间焊接与否对节点受力性能的影响,设计制作了4个N形方主管圆支管搭接节点足尺试件进行极限承载力试验.试验结果表明:被搭接管受拉时,其内隐藏部分和主管间不焊将降低节点承载力,且搭接率越大,降低幅度越大.此外,内隐藏部分未焊接的节点均发生了焊缝断裂破坏.以试验为基础,建立了非线性有限元分析模型,对324个不同几何参数、支管不同轴力性质下内隐藏部分焊接与不焊接的N形方圆钢管搭接节点进行了有限元分析,研究表明:内隐藏部分未焊接对被搭接管受压的节点承载力影响较小,但对被搭接管受拉的节点极限承载力影响较大.针对实际工程中钢管桁架均为先组装再焊接导致内隐藏部分难以施焊的情况,给出了设计建议.     

搭接N形与有间隙N形相贯节点极限承载力的计算

N形节点属于特殊的K形节点,目前专门针对该类型节点的研究相对偏少。搭接的N形节点,力的传递方式以及破坏形态与有间隙的N形节点不同,需要对两种节点在主支管同时受压情况下的极限承载力进行比较。计算结果表明,当N形钢管相贯节点主支管尺寸、材料、受力边界条件均相同时,搭接N形节点要比有间隙的N形节点的极限承载力大。     

空间复杂多支管柱节点受力性能研究

对钢管塔架中空间多支管柱节点进行了足尺模型试验,试验装置采用自平衡框架,共制作了2个试验试件.在试验结果的基础上,建立了非线性有限元模型,所得结果与试验结果相比,二者吻合良好,表明有限元模型的合理性,并进行了有限元参数分析.结果表明,试验模型节点主要发生主管压曲的变形破坏,且未出现支管和焊缝的破坏;加载至设计荷载值时,节点所有测点基本处于线弹性状态,表明节点设计较安全.主管径厚比对节点极限承载力影响显著,主管直径较大时,承载力随主管壁厚增大而上升较快;主管直径较小时,承载力随主管壁厚增大而上升较慢.受压支管直径及壁厚较小时,易发生自身弯曲失稳破坏.     

U形钢板-混凝土组合梁拼接节点受拉试验研究

空腹夹层板结构的U形钢板-混凝土组合下肋梁采用装配化施工时,将拼接节点设置于跨中位置具有受力明确、施工方便的优点,但拼接节点处的较大拉力也使其成为整个结构的薄弱区域．为研究U形钢板-混凝土组合下肋梁拼接节点的力学性能,设计了5组U形钢板-混凝土组合梁拼接节点足尺试验模型,开展了拉力荷载下的静载试验,通过与有限元模型进行对比分析,明确了拼接节点在拉力作用下的内力分布规律与破坏模式,揭示了栓钉布置形式、混凝土强度、钢筋直径等因素对拼接节点力学性能的影响规律．研究发现：U形钢板-混凝土拼接节点约71%荷载由U形钢板承担,29%荷载由纵向钢筋承担,且拉力作用下节点内力沿试件长度方向分布并不均匀;在极限荷载作用下,组合梁拼接节点的混凝土将发生劈裂破坏,U形钢板最大应力达到屈服强度的95%以上,并与混凝土发生剥离．此外,通过对比分析5组试件的试验结果以及有限元参数化分析结果,发现随着栓钉数量的增加,节点极限承载力提高4%～8%,且U形钢板底板应力随栓钉数量的增加而增加;而提高混凝土强度和增大面筋直径可减小U形钢板的应力,但减小幅度较小．     

T形焊接方管内加劲节点轴向力下的承载力

简述了国内外桁架节点加强的研究现状;对主管为焊接方管、支管为圆管的T形内部加劲节点在轴向力作用下的承载力,进行了较为系统的有限元数值分析;采用板壳单元,比较研究了多种参数下节点的极限承载力;通过试验与有限元的对比研究,为数值计算参数的选择提供了可靠的依据.相对于非加强节点,加劲节点具有更强的承载力.在大量节点数值计算基础上,对加劲板的内部布置、几何尺寸、承载力的提高等方面进行了系统分析,为此类节点型式在工程中的应用提供了设计参考.     

钢管混凝土T型节点在平面内弯曲荷载作用下的静力强度研究

利用有限元软件ABAQUS分别对空心截面T型管节点和主管中填充混凝土T型管节点在支管端部平面内弯曲荷载作用下的静力强度进行了研究.有限元模型的可靠性通过已有文献中的圆钢管混凝土N型管节点的试验结果进行了验证.利用有限元模型分别对3个主管中未填混凝土和3个主管中填充混凝土的T型管节点的静力强度进行分析.结果表明,主管中填充混凝土能显著的提高管节点的抗弯承载力.在此基础上,对钢管混凝土T型节点进行参数分析,参数包括支主管直径比β,主管直径与2倍主管壁厚比γ,支主管壁厚比τ,钢材屈服强度fy和混凝土的抗压强度fc.分析表明,参数β,γ,τ和fy对T型节点抗弯承载力有显著影响,而混凝土的抗压强度fc对节点的承载力影响不大.     

内置加劲环T型管节点抗冲击承载力分析

以内置加劲环宽度和厚度为参数,采用有限元分析法,建立内置加劲环T型钢管节点有限元分析模型.通过分析主管跨中变形、冲击力、惯性力、支座反力时程曲线,得到内置加劲环T型管节点的抗冲击破坏模态和抗冲击作用机理.结果表明:内置加劲环可以提高T型管节点的抗冲击承载力,而且加劲环厚度对提高T型管节点抗冲击承载力的效果要强于宽度,冲击力峰值大小和波形持续时间可以反映T型管节点的刚度大小.内置加劲环提高T型管节点抗冲击性能,为钢管结构抗冲击设计和加强维护提供参考.     

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.     

不同搭接率时主方支圆钢管节点的承载力分析

K形搭接节点是空间结构中经常使用的一种连接方式.为深入了解K形搭接节点的特性,使用ANSYS软件,对一系列不同搭接率下的主方支圆K形钢管节点进行数值模拟,并将有限元分析结果绘制成曲线.分析支主管径宽比β,支主管厚度比τ,主管宽厚比γ支主管夹角θ等几何参数对此类节点极限承载力的影响.分析结果显示,当τ较小时,搭接率Ov对...     

钢管塔K节点的加劲肋布置和极限承载力研究

 特高压输电线路酒杯型钢管塔K节点是受力最复杂的节点,其主管与支管的夹角θ往往小于30°,不能满足国内现行的K节点承载力计算方法规定的θ≥30°的要求.为了解决该问题,本文应用通用有限元软件ANSYS进行数值模拟仿真,验证现有设计验算方法的适用性.针对钢管塔相贯焊连接的K节点设计了3种新型的加劲肋,并对其受力分布和极限承载能力进行分析对比.研究结果表明,θ超出现行规范的规定时,规范对个别工况不适用;新设计的加劲肋布置方案,能显著改善节点危险部位的应力分布,消除应力集中,降低最大应力.在目前没有合适计算公式的情况下,应继续使用现行规范,并采用本文设计的节点加劲肋布置形式增大结构的承载力和安全性.