N型圆钢管加强节点的试验研究与数值模拟

对承受支管轴力和主管轴力的N型圆钢管相贯节点(JD-A)、主管填充混凝土节点(JD-B)试件进行了极限承载力对比试验.综合比较了两种节点在破坏模式、受压支管轴力-主管管壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载力等方面的差异.研究结果表明,对主管填充混凝土能显著提高节点极限承载力.通过计算可知,试验极限承载力与有限元结果的比值在1.02左右,JD-A试件的试验结果与我国规范公式承载力计算结果的比值为1.04.     

十堰-襄樊变电站大跨越铁塔Q420圆钢管K形节点试验研究

以国内首个使用Q420圆管为铁塔主材的大跨越输变电工程为背景,进行了6个K形节点的试验研究,分析了受荷后这类节点的截面应力分布、主管侧向位移以及极限状态的特征等受力特性,为验证杆塔设计是否符合Q420高强钢材料性能要求、满足安全运行提供了可靠的依据,并提出了施焊方案,可供设计与施工人员参考.     

方钢管焊接T型节点轴向滞回性能分析

焊接钢管节点在大跨结构中应用广泛,为评价该类节点的抗震性能,对方钢管焊接T型节点进行了轴向往复加载试验和有限元参数分析.试验表明,焊接节点试件均由于初始裂纹发展形成贯穿裂缝而破坏,受拉开裂会降低节点的延性.节点有限元模拟在破坏形态、滞回曲线和骨架曲线等方面与试验结果吻合较好,等效塑性应变可较准确预测初始开裂位置.参数分析表明,支管-主管宽度比、主管长宽比、主管轴力比等参数对节点滞回性能有明显影响,其中支管-主管宽度比β的影响最大.节点的承载和耗能机制也取决于β,当β较小时以主管上翼缘的弯曲变形控制为主,当β较大时则以主管上翼缘的剪切变形控制为主.尽管往复加载会引起开裂破坏,以规范现有的静力设计公式计算节点的抗震承载力是可行的.     

主方支圆间隙K型相贯节点极限承载力的有限元分析

对27个主方支圆间隙K型相贯节点进行了非线性有限元分析。考察了支管宽度主管直径比、主管径厚比以及支主管厚度比对节点破坏模式和极限承载力的影响，结果可供设计人员参考。     

大跨越钢管塔K型节点滞回性能分析

应用Abaqus软件对大跨越钢管塔中常见的K型节点进行了抗震性能数值试验研究,分析了主、支管直径、节点板厚度、主管轴心压力、连接插板厚度及支管间隙尺寸等不同参数变化对K型节点抗震性能的影响,得到了节点的滞回性能曲线、骨架曲线和耗能能力。研究表明:钢管节点本身具有良好的抗震性能;当主管轴向压力增大时,节点抗震性能下降明显,节点因应力集中易发生破坏;增加主、支管直径和节点板厚度对提高圆管节点抗震性能效果较显著;支管间隙尺寸对节点滞回性能改良效果不明显。     

高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲T型节点试验

为考察支主管间设置的加劲板构造和支主管截面宽度比对高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点破坏模式、承载力、连接区应力和应变的分布及演化等受力性能的影响,对加劲节点和常规节点进行了支管轴压静力加载试验.试验结果表明:高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点的典型破坏模式有连接区主管受压上翼缘凹陷、主管腹板凸曲、主管弯曲、支管侧倾失稳、加劲板屈曲、支主管焊缝开裂和加劲板与支管焊缝开裂等.常规节点的承载力取决于支管根部及其焊缝的承载强度和连接区主管上翼缘的局部承压强度,其荷载-位移曲线形成流塑平台.加劲节点的承载力取决于包括加劲板扩散效应的支管根部及其焊缝的承载强度、连接区主管上翼缘扩散承压强度和加劲板屈曲强度,其荷载-位移曲线呈渐变上升趋势,没有屈服平台.加劲板明显提高了T型节点的承载力,加劲节点的屈服承载力和极限承载力较常规节点分别提高10.0%~40.0％和15.0％~48.3％,加劲节点的承载力随支主管截面宽度比的增加而提高.     

K型钢管—板节点受力性能与承载力计算方法

钢管-板连接节点是钢管输电塔常用的节点型式,但目前对其受力性能的研究还不够深入,缺乏相应可供工程设计使用的计算分析方法。采用ANSYS程序建立了K型钢管-板连接节点的有限元模型,对Kim所进行的系列节点试验进行了模拟对比分析,验证了有限元模型的合理性;通过变参数分析考查了K型钢管-板节点受力性能和节点破坏模式,研究了几何参数、主管应力比、加劲构造等对节点极限承载力的影响规律。在此基础上,提出了考虑支管约束作用的K型钢管-板连接节点极限承载力的计算方法,并验证了其适用性。     

X形圆钢管相贯节点的轴向滞回性能

为了研究X形圆钢管相贯节点在支管轴向荷载作用下的抗震性能,进行了节点在支管轴向往复荷载作用下的试验,分析了节点的延性和耗能模式,以及节点轴拉承载力和轴压承载力之间的差异.研究结果表明:节点的破坏模式为相贯线附近主管管壁塑性软化后开裂破坏;节点的轴力—局部变形滞回曲线饱满,表现出良好的变形能力和延性;节点主要通过相贯线附...     

方圆相贯内隔板加劲T型和K型节点破坏模式和极限承载力的研究

根据箱型柱内隔板加劲的原理,提出了方、圆相贯T型和K型节点内隔板加劲的措施.通过T型节点的对比试验,证明了内隔板加劲节点仍表现为主管表面塑性破坏的模式,节点的极限承载力较非加劲节点提高明显,同时也表现出良好的延性.在试验分析的基础上,通过数值分析探讨了T型、K型节点内隔板加劲板的位置、数量、加劲板的宽度和厚度对节点破坏模式和节点极限承载力的影响,提出了内隔板加劲板的构造要求和节点极限承载力取值等设计参数,避免了盲目加大加劲板尺寸对节点破坏模式的影响,具有重要的理论意义和工程意义.     

不同加载形式下K型节点受力分析

现代空间结构的快速发展,造型的复杂化使结构的受力形式越来越复杂.因此对结构中节点的充分研究显得非常必要。节点的静力性能研究已经很充分,为了更好了解K型节点在往复荷载作用下的受力性能,通过有限元比较分析主管和支管分别在往复荷载作用下的受力性能以及破坏特征。最终得出主管和支管受力情况下的极限承载力基本一致,支管受力情况下的延性较好。     

高强钢板组合螺栓抗拉性能有限元分析

高强钢板钻孔攻丝后替代螺母,与高强螺杆组合成一种新的单边螺栓连接副,可用于钢管柱框架节点.为研究钢板组合螺栓抗拉承载力和破坏机理,在本组试验研究的基础上对4类钢板组合螺栓共64个试件进行单调拉伸数值模拟,以板厚和螺杆直径为研究变量,包括Q345B、45号钢、Q460C和Q690D四种钢材和10.9级M16、M20、M24、M27和M30五种规格高强螺栓.结果表明:Q345B、Q460C和Q690D均可作为45号钢的替代材料;钢板组合螺栓在锚固可靠的条件下,可按螺杆螺纹极限抗拉荷载的70%作为其抗拉设计值;钢板较薄时,发生钢板螺纹滑牙破坏,螺栓拔出,螺杆最大应力位于锚固区,钢板向外凸起,凸起量大于支点间距的1/200;钢板较厚时,发生螺杆拉断破坏,螺杆最大应力位于构造区,两种破坏模式中钢板的最大应力均位于钢板螺纹第一扣处.为保证钢板组合螺栓不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q345B钢板厚度不宜低于1.15d;Q460C钢板厚度不宜低于1.10d;Q690D钢板厚度不宜低于0.95d,根据弹性力学和螺纹传力机理推导高强钢板组合螺栓抗拉承载力公式,公式计算结果与有限元结果吻合良好,研究成果可为钢板组合螺栓的设计提供参考.     

二重钢管混凝土桩头的性能研究

介绍了包括单钢管桩，带助单钢管桩及二重管钢管桩在内的共12个试件的轴心静压试验.讨论了加强肋、桩尖形状、外管突出长度参数对极限承载力和变形性能等力学性能的影响.结果表明，现行的单钢管桩属于界面的粘结破坏，承载力低，变形能力弱，不能充分发挥材料特性.用加强肋可以明显改善承载力，但对变形性能的影响较弱.二重管钢管桩大幅提高了极限承载力和变形性能.将外管的末端切成45°的楔形可以增大承载力，提高闭塞效应系数.承载力和闭塞效应系数随外管突出长度的增加而增大，实际工程中可取D长度.     

低屈强比高强钢箱形柱抗震性能试验研究

钢结构的材料高强化是发展趋势,目前高强钢存在屈强比过高的问题,限制了高强钢在建筑结构中的抗震设计应用。对低合金高强度结构钢进行材性改良,研发出一种新型低屈强比Q620E高强钢。对此新型高强钢的抗震性能进行试验研究,根据壁板宽厚比等级设计截面尺寸不同的箱形截面柱,对轴压比为0.2和0.35的高强钢箱形柱进行低周往复加载试验。通过观察试件的破坏模式、提取滞回曲线和骨架曲线,从承载力、延性、耗能性能与损伤发展等方面对钢柱的抗震性能进行分析,并与Q690D普通高强钢柱抗震性能进行比较。试验结果表明,低屈强比高强钢柱具有良好的滞回性能和塑性变形能力;壁板宽厚比对构件承载力及延性影响显著;壁板宽厚比越大则刚度下降越快、损伤发展不连续;相较于Q690D普通高强钢,Q620E新型钢在力学性能与构件抗震方面均体现出较大的优势,可考虑在高强钢建筑结构中拓展应用。     

内置高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能

为研究内置FRP约束UHPC高强芯柱的方钢管混凝土柱-钢梁端板-螺栓连接节点的抗震性能,基于“强柱弱梁”目标设计制作5个端板-螺栓连接节点试件,通过拟静力试验研究节点的破坏机理,并分析柱轴压比、FRP管厚度和有无芯柱对节点抗震性能的影响,对比钢梁更换前后节点的性能。试验结果表明：所有试件均在梁端形成塑性铰破坏;该破坏模式下,节点具有较高的承载力、耗能能力和较好的延性;内置芯柱时,试件承载力提高但延性降低;随着FRP管厚度增加,节点初始刚度和耗能能力均得到提升;相比原试件,更换梁试件的耗能能力、延性和初始刚度均有所降低。变形分析结果表明：节点域组合柱以受弯变形为主,两侧钢梁主要承担节点域的剪切变形。依据初始刚度判定该节点属于刚性节点。     

输电线铁塔钢材的低温力学和冲击韧性试验

为选择合适的输电线铁塔钢材,防止杆塔因构件发生低温脆性断裂引起的破坏,通过系列室温和低温条件下的单轴拉伸和冲击试验,研究了输电线铁塔用Q345B、Q420B、Q460C钢管和Q345B、Q420B角钢钢材的力学性能和冲击韧性;通过对比分析,评价了钢管和角钢钢材的塑性指标;利用Boltzmann函数曲线拟合,得到了钢管和角钢钢材的韧-脆转变温度.结果表明:钢材的屈服强度和抗拉强度随温度的降低而增大,其塑性指标均能满足规范要求;钢材夏比冲击功值随温度降低而减小,Q345B钢管和角钢钢材的韧脆转变温度较高,抗低温冷脆性能较差,结合拉伸和冲击试验结果,建议在寒冷地区优先采用Q420B钢管,不宜采用Q345B角钢.     

500kV双回路输电线路铁塔采用Q420高强钢的研究

随着750 kV、特高压以及大截面、多分裂导线输电线路的建设,高强钢在铁塔结构中的应用前景广阔.开展输电铁塔应用高强钢的研究,在工程中合理地采用高强度等级结构钢材,不仅有技术、经济等方面的现实意义,而且有利于提高我国输电线路建设水平,提高行业在国际市场上的竞争力.本文结合LF~PX 500 kV双回路输电线路铁塔结构采用高强钢的试点设计,就高强钢设计技术参数的选取、工程应用及其技术经济性、高强钢螺栓连接等方面进行了初步的探讨和研究,取得了一定的成果,提出了需进一步深入探讨和研究的问题及若干建议.     

高强Q690钢柱高温下轴心受压局部稳定设计方法

局部屈曲是钢结构构件的一种破坏模式,钢结构发生局部屈曲破坏时,屈曲应力小于钢材的屈服强度。为了研究高温下高强Q690钢柱的局部稳定性能,采用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,模型采用其他学者完成的Q460钢柱轴心受压局部屈曲试验进行验证,考虑宽厚比、温度、初始缺陷、残余应力和翼缘与腹板之间相互作用的影响,对高强Q690钢柱进行参数分析。研究结果表明：宽厚比对局部屈曲有显著影响,宽厚比的增大导致试件极限承载力的降低;初始缺陷和残余应力对局部屈曲应力有较大影响,且试件的极限承载力随着温度的升高而明显下降。基于有限元分析结果提出了适用于高强Q690钢柱高温下的局部稳定设计方法和宽厚比限值,并与GB 50017-2017、Eurocode 3和ANSI/AISC 360-10中的设计方法进行了比较。     

单边连接高强单角钢压杆试验研究和仿真分析

为了研究单边连接高强角钢在输电铁塔中的受力性能,以48根Q460高强角钢为研究对象,对高强角钢双向压弯受力性能进行了静力加载试验研究.研究了压杆不同长细比时高强角钢的破坏模式、承载力、变形性能、截面应变分布等受力状态.试验表明,构件绕连接肢发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形,小长细比试件大多为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲.有限元数值模拟了实际试件的受力性能,结果表明:有限元分析的极限承载力结果偏大,美国ASCE规范值偏于保守,试验值处于美国规范值和有限元分析值之间,且靠近于有限元值.在模型试验和仿真试验的基础上,提出了单边连接高强角钢等效长细比公式.因此,试验结果可以为Q460高强角钢设计提供依据.     

网壳结构钢与混凝土组合节点力学性能试验

为研究钢与混凝土组合的网壳节点在轴压和压弯荷载作用下的力学性能,对10个不同参数的钢与混凝土组合的节点进行试验研究.试验构件主要变化参数包括:内圆钢管的壁厚和半径、外圆钢管的壁厚及矩形钢管与外圆钢管的不同连接方式.试验研究表明:在轴压和压弯荷载作用下节点表现出了与钢管混凝土相似的特点,具有较高的承载力和良好的塑性变形能力;内圆钢管的壁厚和半径对节点承载力影响较大,外圆钢管的壁厚对节点承载力影响较小;连接方式对节点承载力影响较大,圆钢管高于矩形钢管的节点承载力比圆钢管与矩形钢管齐平的承载力至少提高15%;轴压荷载作用下节点的破坏方式可以分为中心压缩和梭形偏转破坏;压弯荷载作用下节点的破坏方式分为节点和钢管屈服破坏.