在悬挂吊车作用下螺栓球节点网架的疲劳性能

本文对１２根螺栓球节点网架杆件试件，１２个悬挂吊车吊点试件及两榀螺栓球节点桁架试件进行了静力及疲劳试验。通过对三种试件破坏形式分析得出了：在悬挂吊车荷载作用下，网架杆件、悬挂吊点与螺栓球连接高强螺栓的疲劳断裂是螺栓球节点网架的主要破坏形式，并提出了Ｓ－Ｎ疲劳曲线及表达式．为螺栓球节点网架的疲劳设计及有关规程的修订提供了依据。     

循环荷载作用下钢管拱桁架结构滞回性能试验研究

通过3个跨度为6 m、矢跨比分别为0.2、0.3、0.4的钢管拱桁架结构试件在竖向循环荷载作用下的拟静力试验,分析结构的失效过程和破坏机理,研究结构的滞回曲线、骨架曲线、耗能能力、延性性能和刚度退化等抗震性能。结果表明:钢管拱桁架试件的失效始于受力最大节间最大受拉腹杆与下弦杆相贯焊缝处的微裂纹,而后逐步形成该区域的局部开裂,最后在该区域发生断裂并形成机构而破坏;结构失效时只有少部分杆件进入塑性工作状态,试件的整体变形不大,耗能能力一般;进入塑性工作状态的杆件和节点产生的累积损伤导致结构发生低周疲劳断裂破坏。     

螺栓端板连接方钢管柱低周疲劳性能及损伤模型研究

为研究螺栓端板连接方钢管柱的低周疲劳性能,进行了29个连接试件等幅位移循环加载试验,分析了以钢管管壁变形和螺栓塑性拉伸变形为主的两种典型破坏模式及其滞回特征,对比分析了连接的低周疲劳寿命,提出了描述该类连接构造损伤的分析模型。研究结果表明:以钢管管壁变形为主要破坏模式的试件具有一定耗能能力,而以螺栓塑性拉伸变形为主要破坏模式的试件表现出显著的承载力和刚度退化,耗能能力较低。当发生以钢管管壁变形为主的破坏时,连接件的低周疲劳寿命受构造几何参数影响较大。连接件折算应力幅与疲劳寿命的关系同GB 50017—2003《钢结构设计规范》中斜率为3的S-N曲线关系具有一定的可比性,可从偏于安全角度按7类细节类别来评价该类连接的低周疲劳寿命。针对连接件的破坏模式,采用刚度和耗能组合的损伤模型能较好地对其损伤发展过程进行预测。     

螺栓球节点网架连接件承载力与结构设计原则

对多项网架结构工程中多种规格的封板、锥头与钢管对接焊缝的抗拉试件承载力检验发现,相当多的试件是高强度螺栓破坏,被连接的钢管杆件及焊缝完好,原因是高强度螺栓连接件的承载力小于被连接杆件的,不符合“强节点弱杆件”的设计原则。可靠度分析表明,试件发生螺栓破坏时的可靠指标低于螺栓未破坏时的;相连接的钢管杆件未破坏的可靠度高于钢管杆件破坏的可靠度。分析结果与统计结果完全一致。     

高温下螺栓球节点受拉性能试验研究

为了研究空间网架结构螺栓球节点高温下的受力性能,通过18个螺栓球节点试件高温下的受拉试验,得到了不同温度下螺栓球节点试件受拉承载力。试验结果表明:高温下试件破坏截面均位于高强度螺栓螺纹处,温度低于400℃时,试件发生脆性断裂;温度不小于400℃后,试件破坏时的截面颈缩明显,发生延性破坏。随着温度升高,螺栓球节点试件的刚度、极限荷载逐渐降低;温度超过300℃后,节点试件刚度、极限荷载下降很快。根据试验数据拟合得到了螺栓球节点受拉极限荷载折减系数表达式。与已有的高温下高强度螺栓材料的受拉屈服强度和极限强度折减系数相比,螺栓球节点的相应折减系数更低。     

T形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点地震损伤试验研究

为研究T形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点在不同形式的水平荷载作用下的损伤演化规律,设计并制作了11个缩尺比为1/2的框架节点,设计参数为加载模式(低周往复加载、低周往复-单调混合加载、位移等幅循环加载、单调重复加载)、肢高肢厚比(2、3)和轴压比(0.2、0.3、0.4)。分析了节点的破坏形态、荷载-位移曲线和滞回耗能等特性。结果表明：T形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点核心区主要发生剪切斜压破坏,滞回曲线饱满,无明显捏缩效应,破坏时的等效黏滞阻尼系数为0.317～0.396,耗能能力较好;节点耗能能力随轴压比的增大逐渐降低;随着累积耗能和变形的增加,节点的延性逐渐降低;进行位移等幅循环加载时,加载幅值越大,节点的累积损伤发展得越快,破坏时经历的循环次数越少;增加肢高肢厚比可以有效提高节点的承载力和极限变形能力,延缓节点核心区累积损伤的发展。基于试验结果,考虑塑性变形、加载路径和滞回耗能对节点地震损伤的影响,提出了改进的双参数损伤模型,给出了节点在各特征状态下的损伤指数。结果表明,改进模型计算结果与试验结果吻合较好,该模型能较准确地评估T形截面钢管混凝土异形柱-钢梁框架节点的地震...     

全螺栓连接隔板贯通的方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验

对4个足尺试件进行低周反复荷载试验,研究全螺栓连接隔板贯通的方钢管混凝土柱与钢梁连接节点的抗震性能。试验考虑了钢梁偏心、钢梁截面尺寸及隔板焊接的影响,对试件的极限承载力、破坏形式、延性及耗能能力进行测试和分析。结果表明:钢梁偏心试件的破坏形式均为隔板螺栓群中角部螺栓孔受拉开裂,无偏心试件的破坏形式均为隔板受拉断裂;焊接隔板对节点承载力没有影响,当钢梁截面高度从600mm增至700mm时,承载力提高约50%;该类节点的滞回曲线较为饱满,钢梁截面较大的试件延性较好,钢梁偏心可导致节点延性下降,其延性系数为轴心构件的85%;焊接隔板对节点的延性影响较小,但其能量耗散系数比整体隔板试件降低约16%~37%,表明焊接缺陷可影响节点的耗能能力。     

钢管混凝土组合柱累积损伤性能试验研究

通过6个高轴压比下大尺寸钢管混凝土组合柱试件的拟静力试验,研究加载循环次数和配箍率对组合柱累积损伤性能的影响。试验结果表明：加载循环次数对组合柱试件承载力影响不大,对按全截面混凝土配箍设计（即计算体积配箍率时不扣除核心钢管混凝土体积）的组合柱试件的变形能力影响不显著,但对按钢管外混凝土配箍设计（即计算体积配箍率时扣除核心钢管混凝土体积）的试件变形能力影响较为显著。当循环加载10次时,按全截面混凝土配箍设计的试件变形能力和累积耗能能力显著优于按钢管外混凝土配箍设计的试件,前者的极限位移和失效位移分别比后者的大25%和41%,前者的总累积滞回耗能为后者的2.8倍。考虑地震作用下结构构件的累积损伤效应,建议钢管混凝土组合柱按全截面混凝土配箍设计,以保证足够大的变形能力。     

方钢管混凝土柱与钢梁全螺栓节点抗震性能试验研究

通过对6个钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点及1个栓焊节点的低周反复加载试验,研究了全螺栓连接节点的破坏模式、承载力以及延性性能。试验表明:当试件的弹塑性层间位移角达到规范限值的2.15~3.02倍时,全螺栓连接试件仅在连接板件远端处钢梁翼缘上出现较小的鼓曲变形,变形幅度远小于栓焊节点;全螺栓连接节点具有更大的塑性变形能力、更大的峰值荷载和更长的屈服平台,能够满足抗震规范位移限值要求。试验指出,全螺栓连接节点的各组件在地震作用下都能发挥耗能作用,耗能机制包括连接板和钢梁翼缘间的摩擦耗能、栓杆与孔壁挤压耗能、连接板下的钢梁翼缘塑性变形耗能以及连接板远端处钢梁塑性耗能等。全螺栓连接试件的滞回曲线包括相对平直段和上升段,分别对应连接板与钢梁翼缘的滑动摩擦阶段和螺栓孔与螺杆的接触挤压阶段。试件经过多级位移循环加载后,摩擦力衰减明显,约为屈服荷载的50%;每级位移加载后期,由于螺栓杆与孔壁产生接触作用,试件的承载力相比摩擦滑移阶段明显增大,并且随位移加载幅值的增大而增大,峰值荷载可达到屈服荷载的2~3倍。     

铝合金网壳箱形-工字形杆件盘式节点受力性能试验研究

为研究铝合金网壳箱形、工字形截面杆件盘式连接节点(又称TEMCOR节点、板式节点)的受力性能,对南京牛首山佛顶宫工程典型铝合金盘式节点足尺试件进行了静力加载试验,采用通用有限元程序ABAQUS对加载过程进行全过程数值模拟。在进行静力加载试验时,铝合金杆件端部采用铰接,在节点盘中心区域设置加载板进行竖向加载。研究结果表明：在节点盘中心竖向荷载作用下试件发生脆性破坏。对向两杆为箱形截面（试件JD1）时,箱形截面杆件下翼缘发生断裂,上下节点盘屈曲,且与断面相邻的螺栓被拉断;对向杆件为工字形截面（试件JD2）时,下节点盘发生块状撕裂,破坏时铝合金型材及螺栓均无屈曲和破坏。在极限荷载作用下,试件JD1杆件腹板及节点盘仍处于弹性工作状态,箱形截面中性轴位于截面中间;试件JD2铝合金型材处于弹性工作状态,工字形截面中性轴位于截面强轴以下1/6腹板高度处,下节点盘在α=60°及α=180°方向应力较大,接近屈服强度。试件JD1的极限荷载和初始刚度均约为试件JD2的1.5倍。根据对称性建立的节点试件数值模型分析所得的局部应力、荷载-位移曲线及弯矩-转角曲线与试验结果吻合较好,可以用于此类节点的数值模拟。