大曲率主管的X型圆钢管和圆钢管混凝土节点受弯性能试验研究

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本文从试验入手,对大曲率主管的X型圆钢管和圆钢管混凝土节点平面内和平面外受弯性能进行了试验研究。并在此基础上通过ABAQUS有限元模拟和参数分析,研究了节点在平面内和平面外受弯情况下的受力性能、破坏模式、应力应变分布、静力极限承载力以及几何参数对节点极限承载力的影响,特别是主管曲率半径对X型节点的受弯性能影响。  本文首先对大曲率主管的X型圆钢管和圆钢管混凝土节点平面内和平面外受弯性能进行了静力性能试验研究。分别对16个X型平面内受弯节点和16个X型平面外受弯节点进行了2组静力试验。每组试件分为4小组,分别对大曲率主管的X型节点在不同几何参数以及主管填混凝土情况下的受力性能、破坏模式、静力极限承载力进行了考察,重点研究了主管曲率半径的影响。  试验结果表明:对于 X型平面内受弯节点,主管比较平坦时,主管的弯曲对X型节点平面内受弯承载力影响不大;当主管曲率达到某一临界值时,X型节点平面内受弯承载力明显下降。β值越大,节点平面内受弯承载力越高;主管填混凝土不能明显提高节点平面内受弯承载力。对于 X型平面外受弯节点,凹侧支管易进入塑形发生破坏,凸侧主管易进入塑形发生破坏;主管较平坦时,主管的弯曲对X型节点平面外受弯承载力影响不大;当主管曲率达到某一值时,X型节点平面外受弯承载力明显下降。  随后本文在总结试验的基础上,进行了ABAQUS有限元模拟和参数分析。通过对试验中的16个X型平面内节点和16个X型平面外节点的有限元模拟,并将有限元模拟结果与试验结果进行对比,验证了该有限元模型的适用性和正确性。之后,本文分别对120个X型平面内受弯节点和120个平面外受外节点,共240个节点进行了有限元参数分析。通过对节点的受力全过程、破坏模式、主管填混凝土、主管曲率半径等几何参数对节点极限承载力的影响分析,得出以下结论:大曲率主管的X型圆钢管和圆钢管混凝土节点受弯情况下,当主管曲率半径R与主管外径d0之比大于12时,节点的受弯极限承载力受主管弯曲的影响不大;当主管曲率半径R与主管外径d0之比小于12时,主管的弯曲使节点的极限承载力急剧下降;当γ值越大时,主管填混凝土对节点受弯承载力的提高幅度越大;混凝土的强度等级对节点受弯承载力无明显影响。对于 X型平面内受弯节点,建议β在0.8左右,γ在10左右;以达到支主管同时进入塑性,从而充分利用材料的强度。对于 X型平面外受弯节点,在本文参数范围内,对参数R、β、γ的取值提出了以下几点建议,主管为空管时:R≥12d0;β=0.5~0.8;γ≦10;主管填混凝土时:R≥12d0;β≧0.5;γ=10~14。  然后,在Eurocode3规范关于圆钢管节点受弯承载力计算公式的基础上,通过一元线性回归的方法得到调整系数,最后得到大曲率主管的圆钢管和圆钢管混凝土节点平面内和平面外受弯承载力公式。经过回归校验,本文得到的大曲率主管的圆钢管和圆钢管混凝土节点平面内和平面外受弯承载力公式具有一定的精度,可以为实际工程提供一定的参考。  最后,本文总结了研究过程中的不足,并提出了今后该领域的研究方向。
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