【摘 要】
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由空心的圆形钢管构成的构件,在抗压、抗拉、抗弯、抗扭及流体动力方面具有优秀的力学性能,虽然单位材料的造价略高于普通槽钢,但可以通过较少的用钢量、较少的外表面防腐油漆等降低相应成本。圆钢管节点作为受压、受拉、压弯和双向受弯构件,其承载力较高的同时,其冷成型管材的平直度和截面尺寸的精确度比热轧开口截面要好。钢管节点的连接适合采用直接焊接,可不通过节点板或其它连接,没有多余的连接构件使得圆钢管建筑外形美
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由空心的圆形钢管构成的构件,在抗压、抗拉、抗弯、抗扭及流体动力方面具有优秀的力学性能,虽然单位材料的造价略高于普通槽钢,但可以通过较少的用钢量、较少的外表面防腐油漆等降低相应成本。圆钢管节点作为受压、受拉、压弯和双向受弯构件,其承载力较高的同时,其冷成型管材的平直度和截面尺寸的精确度比热轧开口截面要好。钢管节点的连接适合采用直接焊接,可不通过节点板或其它连接,没有多余的连接构件使得圆钢管建筑外形美观流畅,具有现代感。但目前,圆钢管大部分的研究都集中于非负载下受压承载力的探究,节点轴向受拉的研究仅有小部分学者涉及,而对于负载下的承载力探究目前仍为空白。因此有必要探究加固节点的受拉性能及负载下的节点承载力性能,从而优化杆件截面,充分利用材料,节约成本。本文的研究内容为:(1)非负载下T形圆钢管节点在外加劲环加固下轴向受拉的承载性能,(2)负载下T形圆钢管节点在外加劲肋加固下的试验承载性能。通过对3组6个T形非负载圆钢管节点进行了试验下的探究,详细介绍了试件的尺寸、加载装置、加载制度、试验过程并获得了试验下的数据。以试验数据为对照依据,用ANSYS软件建立了非负载下T形圆钢管受拉的有限元模型,介绍了有限元工具的选择、模型的屈服准则、尺寸厚度的设定、焊缝的设置、有限元网格划分、边界条件和加载求解最终通过有限元模拟数据与试验进行对比,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,又进行了3组6个负载下节点的受压承载力性能试验。详细介绍了试验前的尺寸设计,预应力的加载过程,加载制度,持载过程中的焊接工作,破坏形态等,最终获得了3组不同初始负载下节点的荷载-位移曲线。探究了负载过程中加固圆钢管节点对圆钢管轴向受压的承载力影响。得到以下主要结论:(1)试验结果表明,带加劲环的T形节点的承载力较未加劲环的T形节点有显著提高。节点处的β值为0.25,0.50和0.73,相对于6%d0处的位移对应的承载力分别增加了20.5%、23.1%和14.8%。T形节点的初始刚度分别提高了47.0%、22.2%和33.8%。(2)外加劲环和β值的大小对节点的承载力大小产生重要的影响。当β处于0.25到0.50之间时,β对节点承载力大小的影响更为显著。随着β进一步的增加,当β达到0.50到0.73时,试件的极限承载力也相应提升,但是提升程度并不显著。(3)外加劲环和外加劲肋均能提高节点的抗拉性能,且二者对初始刚度的提升接近,加劲环对节点初始刚度的提升略优于外加劲肋加固。当β的值为0.73时,外加劲肋节点轴向抗拉性能明显优于外加劲环轴向抗拉性能。外加劲环加强节点的主管产生明显的弯曲变形,而在外加劲肋加强作用下,外加劲肋沿着主管长度方向提供了抑制主管变形的支撑作用。(4)初始荷载对于节点承载力的影响随β值的不同产生不同的影响。当β为0.25时,初始荷载越大,极限承载力到来滞后,结构总位移加大,但承载力的大小没有明显的变化;当β为0.50时,初始荷载越大,极限承载力变小,节点刚度变小;当β为0.75时,由于T3-60的平面外倾斜过大,试验提前停止,但可以看出,初始荷载越大,极限承载力变大,节点刚度无明显变化。
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