薄壁X、T型不锈钢管灌浆焊接节点轴压性能试验研究

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不锈钢管混凝土节点是一种运用于桁架或网壳结构中的新型节点形式,外包不锈钢管不仅外表美观,其强耐久性,高腐蚀性也备受青睐,内灌混凝土在提高节点刚度及承载力的同时也达到节约不锈钢材用量的目的。由于上述优点,不锈钢管混凝土结构已经逐步应用于实际工程中,但是相对滞后的研究工作限制了其在工程中的应用,是以对于该类节点力学性能的研究已成为当前迫切需要解决的课题。  本文以X、T型节点试验为基础,结合有限元数值模拟,主要对薄壁X、T型不锈钢管灌浆节点的受力性能、破坏模式及灌浆部位对极限承载力的影响进行研究。  本文首先进行的是25个X型主圆及24个X、T型方管不锈钢管灌浆轴压节点的静力试验研究。在介绍了试验方案后分别对节点受力性能、破坏模式以及静力极限承载力进行了考察,并重点讨论了不同部位灌浆对节点极限承载力的影响。试验结果表明:无论支管是否灌浆的主管内灌浆节点,其承载力远高于无论支管是否灌浆的主管为空管节点,但是其延性低于后者,且支管灌浆主管为空管节点不一定能提高节点承载力,甚至于降低节点承载力。无论支管是否灌浆且主管为空管试件的承载力及初始刚度一般随着β的增大而增大;而无论支管是否灌浆且主管灌浆的试件,在相同部位灌浆及β下,随着管径的增大,极限承载力及初始刚度一般都增大。  随后本文进行了薄壁X、T型不锈钢管灌浆节点极限承载力的有限元适应性分析。综合考虑各方面因素,通过有限元方法对薄壁X、T型不锈钢管灌浆节点的受力过程进行模拟,将其作为对节点试验的补充;经与试验结果比较,可知采用该有限元模型能较好地计算薄壁X、T型不锈钢管灌浆节点的极限承载力,可以作为后文该类节点有限元参数分析的依据。  之后,本文分别对88个X型主圆及86个X、T型方管不锈钢管灌混凝土轴压节点进行有限元参数分析,得出节点的受力全过程、节点破坏模式及几何参数对极限承载力的影响。分析表明:薄壁X、T型不锈钢管混凝土节点的极限承载力与无量纲参数——灌混凝土部位、支管外径或边长与主管外径或边长之比β、支主管壁厚比τ以及内灌混凝土等级C密切相关。结合有限元参数分析结果给出了该类节点在工程中的实用设计方法。  然后本文中空管节点以欧3规范中关于X、T型空钢管节点的极限承载力公式为基准;主管灌混凝土且支管为空管节点以钢管柱全截面屈服的极限承载力公式为基准;主支管都灌混凝土节点以韩林海钢管混凝土柱的极限承载力公式为基准,通过一元线性回归修正了极限承载力计算公式,经与参数分析结果的对比,验证了修正后的公式具有较高精度与可靠性。  最后,总结了本文的不足,为此后的研究指明了方向。
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