钢管相贯节点疑难问题分析及对策探讨

简述钢管相贯节点的基本类型,揭示目前对于钢管相贯节点极限承载力研究中存在的5个较为常见的疑难问题:钢管节点刚度假定、极限承载力的确定、有限元单元类型的选取、有限元模型约束的模拟和考虑弦杆荷载的规范公式的使用.通过分析,总结了这5个常见疑难问题的解决对策,供相关研究和设计人员参考.     

承受弯矩大直径空间相贯节点足尺模型试验与设计研究

结合贵阳奥体中心主体育场钢结构工程,对承受弯矩的大直径钢管相贯节点进行了足尺模型极限承载力破坏试验。对节点试验过程和破坏现象进行了深入研究,分析了各加载阶段相贯节点的应力分布情况及整个加载过程塑性区的发展过程,结合有限元分析对空间相贯节点破坏机理进行分析研究,得出了此类节点的破坏模式,并对该类型钢管相贯节点破坏判定准则进行探讨。通过模型试验来研究承受弯矩大直径相贯节点的设计承载力,并分别与规范计算结果和有限元计算结果进行对比分析,提出设计建议,为有关规范的修改及工程设计提供参考。应用有限元计算方法研究腹杆偏心产生弯矩对空间相贯节点承载力的影响,对工程实际中经常发生的施工偏差情况下节点的安全性判断提出了建议。     

钢管塔正负偏心K形相贯节点的极限承载力研究

现有《钢结构设计规范》公式没有明确反映偏心距对节点承载力的影响。为了考察偏心距对钢管K形相贯节点的承载力的影响规律,建立偏心钢管相贯节点有限元模型,研究偏心相贯节点的受力机理;同时分析主管轴压力、加劲肋对节点承载力的影响规律。分析结果表明:偏心节点和无偏心节点破坏模式基本相同;偏心距影响节点承载力,负偏心增大有利于提高节点的极限承载力,正偏心降低节点极限承载力;而且相对正偏心而言负偏心对极限承载力影响更大。相贯节点的承载力模拟值比规范计算值大10%～30%,即规范公式计算结果偏于保守。     

钢管混凝土KK形相贯节点空间效应研究

为研究钢管混凝土空间相贯节点的空间效应,通过精细化有限元模拟对钢管混凝土空间相贯节点的受力性能进行了研究。建模时考虑了材料非线性、几何非线性、钢管与混凝土之间的接触非线性,建立了钢管混凝土KK形相贯节点的精确有限元模型,研究了空间效应对节点承载能力和破坏模式的影响。结果表明:钢管混凝土空间相贯节点的承载力远高于钢管空间相贯节点;钢管混凝土空间相贯节点和平面相贯节点的破坏模式相同,破坏模式有两种,一种是主管管壁冲剪破坏和受压支管屈服联合破坏,发生在支管管壁较薄的情况,另一种是主管管壁冲剪破坏;空间效应对钢管和钢管混凝土相贯节点承载力的影响不同,对于钢管混凝土相贯节点,支管空间夹角60°的节点承载力较平面节点有所降低,在设计时应该考虑空间效应的影响;空间效应对钢管混凝土空间相贯节点刚度影响不大。     

Study on spatial effect of concrete-filled steel tubular KK-joints

为研究钢管混凝土空间相贯节点的空间效应,通过精细化有限元模拟对钢管混凝土空间相贯节点的受力性能进行了研究。建模时考虑了材料非线性、几何非线性、钢管与混凝土之间的接触非线性,建立了钢管混凝土KK形相贯节点的精确有限元模型,研究了空间效应对节点承载能力和破坏模式的影响。结果表明：钢管混凝土空间相贯节点的承载力远高于钢管空间相贯节点;钢管混凝土空间相贯节点和平面相贯节点的破坏模式相同,破坏模式有两种,一种是主管管壁冲剪破坏和受压支管屈服联合破坏,发生在支管管壁较薄的情况,另一种是主管管壁冲剪破坏;空间效应对钢管和钢管混凝土相贯节点承载力的影响不同,对于钢管混凝土相贯节点,支管空间夹角60°的节点承载力较平面节点有所降低,在设计时应该考虑空间效应的影响;空间效应对钢管混凝土空间相贯节点刚度影响不大。     

鞍板和环板加劲K形相贯节点承载力试验研究

为研究采用节点板、鞍板、环板加劲的K形相贯节点的受力特性,设计并制作了11个节点试件开展比例加载试验研究,得到其变形、应力分布及破坏模式等受力性能。利用经试验验证的有限元模型,分析了加劲组件和钢管参数对该类加劲相贯节点承载力的影响,并给出了受荷节点的力学模型。有限元分析和试验结果表明,该节点表现出无加劲相贯节点和带鞍板的管-板节点的受力特征,加劲构造能有效提高节点承载力。参数敏感性分析结果表明,增加支管和主管直径比、主管厚度、节点板长度和扇形鞍板圆心角可提高节点极限承载力。给出了极限承载力简化计算方法,计算结果和有限元分析及试验结果吻合较好。     

铸钢相贯节点承载力的有限元分析

对某工程6种不同类型的铸钢相贯节点的承载力进行了有限元分析,得到了铸钢相贯节点的应力分布规律及其极限承载力.     

钢管结构K型相贯节点的静动态极限承载力

平面K型节点是钢管结构节点主要形式之一。对平面K型圆钢管搭接节点在静力荷载和冲击荷载作用下的弹塑性响应和极限承载力进行了非线性有限元分析。首次得到相贯节点的动力极限承载力,发现节点的动力极限承载力一般小于静力极限承载力。K型圆钢管搭接节点在静、动荷载作用下弹塑性力学特性有较大的区别,节点动力破坏主要发生在节点相贯处,规范计算公式给出的节点静力极限承载力是偏于保守的,所得计算结果和结论对实际工程有一定的应用价值。     

K型相贯钢管节点的极限承载力研究

平面K型节点是钢管结构节点主要形式之一.本文对平面K型圆钢管搭接节点在静力荷载和冲击荷载作用下的弹塑性响应和极限承载力进行了非线性有限元分析.首次得到相贯节点的动力极限承载力,发现节点的动力极限承载力一般小于静力极限承载力.K型圆钢管搭接节点在静、动荷载作用下弹塑性力学特性有较大的区别,节点动力破坏主要发生在节点相贯处,规范计算公式给出的节点静力极限承载力是偏于保守的.本文所得计算结果和结论对实际工程有一定的应用价值.     

北京A380大跨机库节点承载力试验研究

对北京A380机库的关键焊接空心球节点与焊接矩形钢管相贯节点在特定受力条件下的极限承载能力进行了理论分析与试验研究.通过有限元非线性分析确定节点的受力性能,并对节点的构造提出改进意见,然后以模型试验验证节点的极限承载力.研究表明:(1)焊接空心球节点与焊接矩形钢管相贯节点的设计承载力较高,完全能够满足设计方的要求,具有良好的工作性能;(2)在主管轴力较高的情况下,焊接矩形钢管相贯节点的破坏以主管破坏为主;(3)在复杂节点设计与分析中,应合理考虑节点的受力情况,将理论分析与模型试验相结合以确定节点承载力是非常有必要的.     

轴力下空间TK型圆钢管相贯节点的承载力分析

空间TK型圆钢管相贯节点在大跨度空间桁架中已得到广泛应用,但目前关于该节点极限承载力的计算方法尚不完善。本文在试验的基础上,对36个该类节点进行双重非线性有限元分析,计算其极限承载力并探索不同几何参数和加载方式对其的影响规律 同时借鉴平面K型圆钢管相贯节点承载力计算公式,考虑空间效应的影响,提出了空间TK型圆钢管相贯节点的承载力建议公式,经对相关试件进行计算,结果表明与试验结果吻合良好。     

内加劲环的设置对钢管节点性能的影响

本首先介绍了越南国家体育场鼓型钢管节点试验的有关情况．然后利用有限元计算比较了鼓型钢管节点在加劲和无加劲条件下的极限承载力和刚度，并通过若干算例比较了在不同内加劲环参数组合下X型钢管节点的极限承载力．结果表明，内加劲环可以提高钢管节点极限承载力和刚度．     

钢牛腿式钢管混凝土柱与型钢混凝土梁节点试验研究

超高层钢结构建筑采用钢管混凝土柱是目前较为常用的一种结构形式,与钢管混凝土柱连接的梁有钢梁、劲性梁或混凝土梁等多种方式。目前钢管混凝土柱与型钢混凝土梁节点的研究较少,针对钢牛腿式钢管混凝土柱与型钢混凝土梁的连接节点,对受力性能进行了1∶2缩比例的试验研究,同时采用了ANSYS有限元软件进行分析。结合试验结果和有限元分析结果,研究了该节点的受力特性,结果表明,该节点有很好的极限承载力和抗震性能。     

空间圆钢管相贯节点极限承载力分析

以塔桅工程中空间圆钢管相贯节点为背景,应用有限元程序对其进行轴向拉、压极限状态的数值模拟.分析节点在荷载作用下局部应力分布、主管鞍点的荷载变形关系,对支管搭接的影响、应力集中系数和节点极限承载力进行探讨,提出在节点区局部采用钢管混凝土改善受力条件的可行性.     

佛山体育中心世纪莲体育场屋盖钢结构相贯钢管节点有限元分析

利用通用有限元软件Strand 7分析了佛山世纪莲体育场屋盖钢结构的相贯钢管节点。由于该屋盖的上、下压环节点构造较为特殊,为了保证其安全可靠,对上、下压环节点进行了有限元分析,其中混凝土采用弹塑性的本构关系,钢管采用弹性的本构关系。通过分析得出在最不利组合下混凝土及钢管和节点板的受力情况。最后还分析了节点板与销栓的弹塑性接触问题。     

重庆渝北体育馆铸钢节点受力性能分析

重庆渝北体育馆屋盖结构设计中采用大型铸钢节点,该铸钢节点的安全直接关系到整个结构的安全。为深入了解该铸钢节点的受力性能并确保结构在设计荷载下的安全性,根据设计要求对该铸钢节点进行精细有限元分析,从而了解该铸钢节点在设计荷载下的受力特征以及弹塑性极限承载性能。分析表明,该节点圆弧过渡区域存在应力集中现象。着重研究不同角度杆件交汇处的过渡圆弧半径对圆弧过渡区域应力集中的影响。分析结果表明:当铸钢节点处于弹性工作阶段时,过渡圆弧半径取临界半径值,能够显著降低圆弧过渡区域的应力集中,延缓节点屈服的进程。增大过渡圆弧半径时,当铸钢节点处于弹性工作阶段,小角度交汇处应力集中降低程度较大;当铸钢节点处于屈服阶段,大角度交汇处应力集中降低程度较大。     

加强型空间相贯管节点受力性能分析

随着大跨度空间钢结构的发展，出现了许多新型的复杂空间节点形式，而我国现规范中对空间多杆系汇交管节点还没有强度计算公式，故对实际工程中出现的此类节点进行理论分析和试验研究就显得格外重要。本文对一内置加劲板加强型节点的受力性能进行了分析，得出了其极限承载力和破坏模式，对以后相关课题的研究具有参考意义。     

Research on axial loading behaviour of deconstructable bolt spliced square steel tubular columns

为研究采用特殊三角盒装置固定螺母的单边拧紧高强度螺栓的闭口截面方钢管柱-柱拼接节点轴向力学性能，设计制作了5个节点，并对其进行轴向受拉和受压加载试验，得到节点变形、承载力等力学性能，并与按GB 50017—2017《钢结构设计标准》计算的承载力进行对比分析；对部分节点进行承载能力极限状态之后的可拆卸性能分析。在验证有限元模型准确性和有效性的基础上，采用ABAQUS有限元软件对节点的受力性能进行数值模拟分析，研究拼接区高强度螺栓拉力和板件接触面摩擦力的变化规律。结果表明：采用特殊三角盒装置固定螺母的单边拧紧高强度螺栓的闭口截面方钢管柱拼接节点构造简单、安装方便、易于拆卸，抗滑移承载能力和极限承载能力良好；受拉承载能力极限状态后高强度螺栓的拉力与板件间摩擦力损失相对较大；单边拧紧高强度螺栓的闭口截面方钢管柱-柱拼接节点承载力仍可按GB 50017—2017中的承载力计算式进行计算。     

方钢管柱可拆卸螺栓拼接节点轴向力学性能研究

为研究采用特殊三角盒装置固定螺母的单边拧紧高强度螺栓的闭口截面方钢管柱-柱拼接节点轴向力学性能,设计制作了5个节点,并对其进行轴向受拉和受压加载试验,得到节点变形、承载力等力学性能,并与按GB 50017—2017《钢结构设计标准》计算的承载力进行对比分析;对部分节点进行承载能力极限状态之后的可拆卸性能分析。在验证有限元模型准确性和有效性的基础上,采用ABAQUS有限元软件对节点的受力性能进行数值模拟分析,研究拼接区高强度螺栓拉力和板件接触面摩擦力的变化规律。结果表明：采用特殊三角盒装置固定螺母的单边拧紧高强度螺栓的闭口截面方钢管柱拼接节点构造简单、安装方便、易于拆卸,抗滑移承载能力和极限承载能力良好;受拉承载能力极限状态后高强度螺栓的拉力与板件间摩擦力损失相对较大;单边拧紧高强度螺栓的闭口截面方钢管柱-柱拼接节点承载力仍可按GB 50017—2017中的承载力计算式进行计算。