考虑损伤断裂影响的X型圆钢管相贯节点滞回性能研究

相贯桁架网格结构是一种新型的大跨空间网格结构形式,该类结构的抗震性能受其相贯节点的滞回性能影响较大,因此对其典型的X型圆钢管相贯节点的滞回性能进行研究尤为重要。采用有限元模型进行参数分析,改变支管与主管的壁厚比、径厚比、管径比、焊缝尺寸,分析不同参数的X型相贯节点在超低周循环荷载作用下的滞回性能,研究节点几何参数变化对其滞回性能的影响,并采用考虑损伤累积效应的微观断裂模型(cyclic void growth model,CVGM),预测各个节点的开裂时刻。研究结果显示:支主管的壁厚比越小,节点开裂时刻越早,开裂荷载也越小,节点的滞回性能越差;减小主管壁厚可以使主管的刚度变小,节点的耗能能力降低,开裂时刻提前,开裂荷载降低;随着支管直径的增大,开裂时刻延后,开裂荷载增大;适当增大焊缝尺寸可以延迟节点的开裂时刻,提高开裂荷载,增强节点在循环荷载作用下的滞回性能。     

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.     

T形、Y形带内置环肋圆钢管相贯节点承载力计算方法

为了得到T形、Y形带内置环肋圆钢管相贯节点的承载力计算公式,对528个节点进行参数化分析.结果表明:T形、Y形节点的环肋设置在冠点时,对节点承载力提高率的贡献最小,而设置在距冠点到鞍点距离的0.7~0.8倍时,贡献最大;支管受压时,T形带肋节点承载力提高值随环肋厚度和宽度的增大而增大,但受支主管直径比和主管径厚比的影响较小;T形、Y形带肋节点承载力提高值之比受支主管直径比和环肋厚度、宽度的影响较小,而随支主管夹角的增大呈近似线性增加;考虑主管应力比以及支管拉力的影响时,可沿用现行规范中无肋节点的相关参数.结合现行规范,提出了T形和Y形节点的承载力计算公式,适用性检验结果证明了所提公式的可靠性.     

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.     

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。     

伞形钢桁架结构焊接相贯节点的力学性能

空间焊接相贯节点受力复杂,对大尺寸、多平面支管及空间多向加载作用下相贯节点的承载力设计方法,目前相关的设计规范并未给出详细规定。因此,有必要针对焊接钢管相贯节点在空间多向加载作用下的性能进行分析。以山西省太原南站为工程背景,选取其屋盖结构——伞形空间钢桁架下弦节点为研究对象,采用ABAQUS对其进行有限元分析,计算了节点在空间多向加载作用下的应力、变形分布,并重点探讨节点相贯区域内不同加劲构造措施对节点强度和刚度的影响。分析结果表明:支管与主管相贯区域为节点受力最不利位置,尤以受拉支管与主管汇交处最为明显;圆形截面支管屈服先于矩形截面支管;相对于"井字形加劲肋"构造,"横隔板+纵向加劲肋"构造有效提高节点承载能力,但在纵向加劲肋与横隔板相交处,存在局部塑性变形。     

空间圆钢管K型相贯节点刚度公式数值研究

为了研究圆钢管K型相贯节点平面内、外刚度性能,以平南三桥为工程背景,采用正交试验法对K型相贯节点的相贯角度、支主管径比、主管外径与支管间距之比、主管径厚比、支管外径与主管壁厚之比等确立计算模型的具体参数,运用ABAQUS软件对计算模型进行分析,并应用多元线性归回方法拟合出空间K型相贯节点刚度的参数公式。对钢管拱中K型空间相贯节点进行轴力、平面内弯矩、平面外弯矩共同作用下的单调弹性加载缩尺试验,得到节点的变形行为,并验证参数公式的准确性。研究分析表明:所提出的K型节点刚度公式结果与试验结果吻合较好,与有限元结果误差小于11.1%,可应用于工程实际。此外,K型节点的主管径厚比、相贯角度、支主管径比是影响空间K型节点刚度的主要因素,节点刚度随着管径厚比降低而提高。     

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。     

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。     

圆钢管或圆钢管混凝土半相贯节点承载力计算方法研究

为了获悉圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点在不同失效模式下的极限承载力,文章基于失效模式建立了合理的力学计算模型,分别提出了圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点在支管受拉处、支管受压处的极限承载力计算方法;利用有限元计算软件ABAQUS建立了圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点的有限元计算模型,验证了所提计算方法的正确性。研究结果表明,所提出的圆钢管半相贯节点、圆钢管混凝土半相贯节点的极限承载力计算方法可以用于实际工程的管桁架结构设计。     

加劲肋加强大尺寸焊接方管K型节点滞回性能分析

目的研究加劲肋加强节点各尺寸参数对节点极限承载力的影响,评价加劲肋加固后大尺寸焊接方管K型节点的抗震性能.方法在试验与有限元分析对比的基础上对节点进行拟静力滞回分析,研究在加劲肋开洞直径R、加劲肋厚度tw、支管间隙a、主支管夹角θ不同情况下的承载力、延性系数、滞回环形状、能量耗散系数E,来评价这种节点的抗震耗能能力.结果节点的滞回面积、延性系数和能量耗散系数等数据表明:参数θ对能量耗散系数E影响最大,支管间隙α为零时对抗震最不利,加劲肋加强大尺寸方管K节点比无加劲肋节点延性系数高36%,极限承载力提高28%,有加劲肋加强的节点滞回曲线饱满,具有更好的抗震性能.结论加劲肋不仅能大幅提高节点极限承载力,而且可以大大改善节点抗震性能。     

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.     

PBL加劲型矩形钢管混凝土不等宽T型节点受拉性能

PBL加劲肋兼有加劲肋和剪力连接件的双重优势,T型节点主管采用PBL加劲型矩形钢管混凝土是一种新型钢-混组合结构,探明其破坏模式和承载力水平具有重要意义。基于矩形钢管混凝土T型节点受拉试验,设计了主管为PBL加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的不等宽T型节点受拉试件,其中,主管钢管宽厚比为27、支主管宽度比为0.4;通过非线性有限元数值模拟,从破坏模式、节点承载力、抗拉刚度及应力分布等方面分析PBL加劲肋对矩形钢管混凝土不等宽T型节点受拉力学性能的影响。研究结果表明:PBL加劲肋兼有加劲肋和剪力连接件的双重作用,可有效限制顶板被掀起,提高节点顶板面外抗弯承载力和抵抗局部变形的能力;能够明显改善不等宽T型节点的抗拉性能和抗疲劳性能,显著提高节点的抗拉刚度和节点承载力。     

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.     

圆钢管KK型搭接节点内隐藏焊缝焊接与否有限元分析

以实际工程中的圆钢管KK型搭接节点为基础，利用ANSYS非线性有限元法建立分析模型并分析了该节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下的破坏模式，及搭接节点的支主管管径比β、径厚比γ，支主管厚度比τ等参数变化对节点极限承载力的影响．分析了在低周往复荷载作用下，搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下的滞回性能，并给出了滞回曲线．搭接节点的ANSYS有限元分析结果表明，搭接节点的隐藏焊缝焊与不焊对节点最终破坏模式影响不大，对节点承载能力的影响也不是十分显著，隐藏焊缝不焊接节点的滞回性能优于隐藏焊缝焊接节点．为了使节点构造简单并便于施工，建议实际工程中的隐藏焊缝可以不焊接，此结论在后续的实验研究中还需要进一步的验证，以拓展该节点的反问题研究．     

空间多支管复杂相贯节点静力足尺试验研究

对两个多向轴向加载的空间多支管复杂方圆钢管相贯节点进行了静力足尺试验研究。试验表明:同一类节点2个试件杆件制作误差差异较大,导致节点试验加载能力差别较大;对方圆钢管相贯节点,支管杆件截面型式的差异导致圆管与方形截面主管交汇区域首先出现屈服;合理的节点构造措施有利于保证节点安全。计算表明:两个节点试件的试验值与有限元计算结果存在一定的差异,主要原因在于实际支座约束和理想模拟支座区别、加荷不对中、节点焊缝和焊缝缺陷和节点杆件空间加荷不同步性等因素。研究表明:对该类空间多支管复杂相贯节点,支管截面型式和轴力对节点承载力影响较大,有待进一步深入研究。     

加劲肋厚度对节点开裂行为的影响分析

为研究节点域横向加劲肋厚度对钢框架节点开裂行为的影响,利用ANSYS有限元程序建立一系列以加劲肋厚度为变量的节点模型,通过引入裂纹发展方程,计算得出各单元在每循环下的裂纹长度,并对低周往复荷载作用下各节点的开裂过程进行深入分析。分析结果表明:等效塑性应变是导致节点开裂的重要因素,其值变化在一定程度上决定着节点焊缝的开裂规律;当节点域横向加劲肋较薄时,增大加劲肋厚度会导致节点裂纹开裂速度加快,当加劲肋厚度超过一定值后,裂纹开裂速度趋于稳定。     

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。     

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。     

X型方钢管相贯节点抗弯刚度的影响因素

分析相贯节点几何参数对刚度的影响,有助于了解相贯节点的抗弯机理。以X型方钢管相贯节点为研究对象,利用ANSYS有限元软件,通过节点弯矩-转角曲线分析相贯节点支管与主管宽度比β、主管宽厚比γ以及支管与主管厚度比τ对平面内抗弯刚度的影响。结果表明:γ和τ一定时,节点抗弯刚度随着β的增加逐渐增大,在线性段增加幅度较大;τ和β一定时,节点抗弯刚度随着γ的降低而增大,在线性段增加明显;γ和β一定时,随着τ的变化,节点抗弯刚度基本不变。影响节点抗弯刚度的主要几何参数是β和γ,τ的影响不显著,但随着β的增加,τ的影响有所提高。