外置耗能角钢的摇摆-自复位桥梁双柱墩地震易损性分析

为评估设置耗能角钢的摇摆-自复位桥梁双柱墩的抗震能力,本文建立该结构的有限元分析模型,分别定义和量化双柱墩不同损伤状态和损伤指标。本文从太平洋地震工程研究中心选取16条近断层地震动,基于增量动力分析,得到该结构的地震响应。基于最小二乘法,对得到的增量动力分析曲线进行对数回归分析,计算结构不同损伤状态的超越概率及易损性曲线。研究表明:当地面峰值加速度为0.1 g时,外置耗能角钢与耗能钢筋屈服的超越概率分别为34%和22%;当峰值加速度为0.4 g时,外置耗能角钢与耗能钢筋失效的超越概率分别为6%和11%,而预应力筋未屈服;当峰值加速度为1.0 g时,外置耗能角钢和耗能钢筋失效的概率分别达到85%和91%,桥墩发生倒塌的概率为46%。

输电塔钢管角钢组合节点承载能力模拟分析与计算方法研究

依托输电线路实际工程,选取输电铁塔主材与横担连接处钢管角钢组合节点为研究对象,采用数值软件ABAQUS建立了钢管角钢组合节点精细化有限元模型,并通过静力加载试验验证了有限元模型的合理性;随后模拟分析了组合节点的传力机理和应力分布,明确了不同参数对组合节点受力特性的影响规律。结果表明,钢管、中环板与竖向板相交区域出现应力集中且最大应力达到屈服强度,并向四周扩散且逐渐减小,中环板和竖向板的厚度是影响组合节点极限承载力的关键因素。采用有效宽度法计算了中环板和竖向板的承载能力,建立了不同板件的内力占比计算式,基于此,提出了组合节点承载力计算方法。所提出的极限承载力计算方法与数值模拟结果的误差在13%以内,验证了计算方法的合理性,可为钢管角钢组合节点的结构设计与分析提供参考。

冷弯不等肢复杂卷边角钢轴压试验及承载力设计方法

为研究冷弯薄壁不等肢复杂卷边角钢屈曲性能和稳定承载力设计方法,对24根不同截面、长细比、宽厚比的不等肢复杂卷边角钢进行了轴压试验。试验结果表明,长细比较大且宽厚比较小的试件易发生弯扭屈曲,长细比较小而宽厚比较大的试件易发生局部屈曲或弯扭和局部相关屈曲。采用ABAQUS有限元软件对试件进行了有限元模拟,屈曲模式和承载力与试验结果吻合良好,表明建立的有限元分析模型是可行的。因此可采用经验证的有限元模型对不同长细比、卷边形式和卷边比的轴心受压不等肢复杂卷边角钢进行了参数化分析。结果表明,试件极限承载力受长细比的影响最为明显,将卷边比控制在一定范围内或改变卷边形式可提高试件极限承载力。最后将试验结果与直接强度法计算结果进行对比,表明直接强度法计算试件承载力较不安全。因此基于试验和数值分析结果提出轴心受压冷弯薄壁不等肢复杂卷边角钢构件考虑整体屈曲后强度的直接强度法修正公式,并通过对比试验结果和有限元分析结果验证了该修正公式的准确性和可行性。

柱脚设角钢的高强钢棒混凝土方柱抗震性能研究

以低粘高强钢棒作为主筋的混凝土柱,能在直至大变形阶段均具有稳定增长的承载力和较小的残余变形,有良好的自复位性能,但耗能能力较延性柱弱。该研究在高强钢棒混凝土方柱的柱脚配置角钢,在保证高强钢棒混凝土柱良好自复位性能的基础上提高其水平承载力和耗能能力。设计并制作了4根柱脚配置角钢和1根无角钢的高强钢棒混凝土方柱,进行低周往复加载试验,研究柱脚有无角钢、角钢厚度和轴压比、剪跨比对柱水平承载力、残余变形和耗能能力的影响。试验结果表明:所有高强钢棒柱加载直至位移角4%仍保持持续增长的承载力,加载位移角为2%和4%时的残余位移角分别在0.5%和1%以内,构件可修复概率分别能达100%和50%;与无角钢柱相比,相同轴压比的柱脚配置角钢的混凝土柱受弯承载力提升率达47%,单循环耗能提升最大达94%,累积耗能提升达24%;随着剪跨比的增加,试验柱的承载力下降;随角钢厚度的增大,承载力提升率增大,而耗能提升率减小。

碳纤维加固输电铁塔角钢有效性分析

以输电铁塔受损角钢为研究对象,借鉴国内外碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复技术,提出采用碳纤维布加固铁塔角钢的方法。该方法采用胶黏剂将碳纤维布粘贴至角钢表面进行加固,加固过程中不会对角钢产生二次损伤,且流程简便,实用性强。通过建立组合结构数值分析模型,研究碳纤维布加固厚度、加固层数、铺层角度和加固方式对组合构件加固效果的影响。结果表明:使用碳纤维布加固角钢对长细比较大构件承载力的相对提高程度会增大;当采用四层铺设厚度共为0.668 mm的碳纤维布时,对角钢极限承载力的提升基本可以满足加固需求;碳纤维布各铺层角度沿角钢轴心受压方向均采用0°方向进行铺设时,可以最大化加固效果;结合经济性考虑,对角钢进行中包加固方式效果要优于全包加固效果。

输电塔角钢并联加固构件承载力试验研究及理论分析

为满足输电结构持久安全运行,在不破坏原有角钢截面造成截面削弱的前提下,提出了2种基于构件并联的无损加固措施;通过未加固、加固角钢轴压试验和有限元仿真计算,得到了各试件的荷载-位移曲线与荷载-竖向应变曲线,分析了试件的破坏机制与加固机理并基于参数分析明晰了角钢强度、抱箍连接件数量、抱箍连接件长度、构件长细比等因素对承载力的影响;基于弯曲、扭转、弯扭屈曲临界力计算方法提出了基于构件并联的修正承载力计算公式,并验证了修正承载力计算公式的有效性。结果表明:未加固角钢易发生弯扭失稳破坏,加固方案通过增大截面抗弯刚度和改变组合构件的失稳形态,提高了极限承载力并改善了失稳后的刚度与变形性能;有限元模型可有效反映构件破坏形式,主材角钢强度提高能增强承载力但对变形能力无影响,抱箍连接件对加固后性能无明显影响,长细比与加固效率呈正相关;推导的弯扭失稳临界力计算理论便于计算加固构件极限承载力,有利于推广无损并联加固措施。

火灾全过程下双腹板顶底角钢节点破坏机理研究

火灾下钢结构梁柱节点破坏是导致结构连续性倒塌的主要原因之一,研究梁柱节点在高温下和高温后的破坏机理对评估钢结构抗火性能具有重要意义。为此,对双腹板顶底角钢节点在常温、升温、升温-降温、火灾后的力学性能进行缩尺模型试验研究,并建立缩尺和足尺节点有限元模型,研究温度场景、荷载、缩尺比例对节点抗火性能的影响。研究表明:火灾全过程下双腹板顶底角钢节点的破坏模式、临界温度、残余承载力与温度场景、持载、角钢与螺栓相对强度有关,升温阶段和火灾后缩尺节点的破坏模式分别为下角钢螺栓孔受拉破坏和下角钢螺栓剪切破坏,而足尺节点模型的破坏模式为下角钢螺栓受拉破坏,主要原因是温度场景和缩尺比例的耦合作用下,角钢与螺栓的相对强度发生变化,导致破坏模式的变化;火灾下持荷对火灾后节点残余承载力有较大影响(误差可达60%),不考虑荷载影响结果偏不安全。有必要在火灾后结构抗火性能评估中考虑持载的影响,不同比例结构模型的抗火性能对应关系还需要进一步研究。

线弹性迭代的等肢角钢输电塔极限承载力研究

为了规避现有的构件截面广义屈服函数表达形式繁琐的缺点,同时弥补函数不等比例加载的不足,以逐步回归分析为基础,建立了等肢角钢简化的齐次广义屈服函数,提出了一种高效线弹性迭代方法,用以分析输电塔在构件强度方面的极限承载力。首先,利用最小二乘法建立等肢角钢齐次广义屈服函数;然后通过逐步回归分析,逐个剔除函数中影响不显著的各项,简化上述齐次广义屈服函数,同时保证其较高的拟合精度;最后,基于弹性模量调整策略,提出了一种高效线弹性迭代方法,用以等肢角钢输电塔的极限承载力分析。结果表明:所建立的简化形式的齐次广义屈服函数,不仅精度高,而且项数少,克服了现有传统的广义屈服函数表达形式繁琐、不等比例加载,以及由此带来的计算结果不稳定等问题。通过对比传统方法,验证了所述方法在分析输电塔构件强度方面的极限承载力具有高精度和高计算效率的特点。

输电塔角钢构件加固性能试验与有限元对比研究

为研究不同加固方式对输电塔角钢主构件极限承载力的影响,给老旧角钢输电塔加固提供技术支持。提出针对输电塔主材夹具式和穿孔式2种加固形式,分别通过静载试验和参数化有限元模拟,研究不同加固方式、加固位置、连接件间距等参数下加固构件的破坏形态、承载力大小以及加固效果,并分析构件加固机理。研究结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,极限承载力和破坏形态与试验结果相近;加固改变原构件的破坏形态,从整体失稳转变为局部失稳;加固构件两端连接,承载力提高约7%~8%,而增加中间连接后其加固效果比两端连接提升1倍。2种加固方式均能有效提高构件承载力,中间位置增设连接件可使承载力提高更为显著。

基于角钢连接的GFRP梁柱T形节点性能研究

采用设置上下角钢的连接形式,设计了不同类型的GFRP梁柱T形节点,通过对八个节点构件进行单调加载试验,并结合有限元分析,研究了角钢类型、螺栓排距、螺栓端距以及螺栓排数对GFRP梁柱T形节点承载力及变形性能的影响。研究结果表明:与未设置加劲肋相比,增加加劲肋可显著减小角钢转角处的变形,设置三角形加劲肋提高了GFRP梁柱T形节点的承载能力和转动刚度;节点的极限承载力随螺栓排距的增大而提高,随螺栓端距的增大而降低,随螺栓排数的增加先提高后降低;转动刚度则随排距和端距的增加呈现先增大后降低的趋势。在本文分析的参数范围内,GFRP梁柱T形节点采用设置两排螺栓的角钢连接可获得较优的力学性能,同时排距为45~50 mm,端距为55 mm较为合理。

混凝土脱空修复对角钢连接件力学性能影响

为探索钢壳混凝土角钢连接件根部混凝土脱空对连接件抗剪性能的不利影响,提出合理的脱空修复方法,基于深中通道沉管隧道角钢连接件的局部构造,以脱空形状、脱空修复和混凝土强度为变化参数,设计8组足尺推出试件,并开展抗剪性能试验和有限元模拟分析。分析显示:1)普通混凝土试件先在角钢内部发生混凝土压溃破坏,试件破坏模式受脱空形式及脱空修复影响不明显;2)脱空对角钢连接件的抗剪承载力和抗剪刚度均有削弱影响,三棱柱整体脱空时角钢连接件的抗剪承载力和抗剪刚度可折减32.8%和76.9%;3)脱空修复对角钢连接件的抗剪承载力和抗剪刚度有提升作用,但由于修复料与脱空界面间难以协同受力,性能提升效果并不显著;4)考虑脱空处未修复,用超高性能混凝土替换普通混凝土时,推出试件的抗剪承载力较未脱空时提高77%,抗剪刚度较脱空时折减8.9%;5)超高性能混凝土的优良力学性能使角钢连接件的抗剪承载力得到明显提高,但由于脱空导致角钢连接件出现较大变形,因此无法有效提升脱空时的抗剪刚度;6)提高修复料力学性能对改善三棱柱脱空修复后的承载性能影响不明显。

中空角钢-钢管混凝土叠合柱轴压性能研究

目的研究中空角钢-钢管混凝土叠合柱的轴压性能,给出相应的轴压承载力简化计算公式。方法采用有限元法对叠合构件荷载-应变关系计算,与已有试验数据对比验证;在此基础上,分析叠合构件破坏模态、内力分布以及接触应力等工作机理;以不同材料强度下空心率和含钢率为主要参数分析叠合柱轴压承载力。结果空心率由30%增加至50%和70%时,叠合柱极限承载力分别降低了9.64%和22.69%;含钢率由5.0%增加至6.0%和7.0%时,叠合柱极限承载力分别增大了8.72%和16.21%。引入混凝土强度增强系数k后得到的轴压承载力公式计算结果与有限元结果最大误差为2.8%,简化计算公式可以较好地预测构件轴压承载力。结论中空角钢-钢管混凝土叠合柱具有较好的轴压承载能力,可满足工程应用。

三级改进A^(*)算法融合碰撞预测的角钢攀爬机器人路径规划

针对角钢塔作业机器人攀爬路径障碍多、运动效率低等问题,提出一种融合碰撞预测的三级改进A^(*)算法。首先,采用轴对齐包围盒碰撞检测算法,建立机器人夹爪和塔上障碍的避碰关系。然后,通过优化A^(*)算法的访问时间阈值和构建威胁函数进行自适应步长调整两种方式,提高算法运行效率;进而,在原有启发函数中引入碰撞威胁代价函数,避免机器人在攀爬过程中夹爪与角钢塔路径障碍发生碰撞;最终,三级改进A^(*)算法可实现运行时间减少12%以上、循环次数降低30%以上。在ROS和MATLAB联合仿真下,对比分析局部夹持点和全局夹持点序列,仿真结果表明,该算法可实现机器人的高效越障攀爬运动。

输电铁塔均匀锈蚀角钢构件蚀余承载力评估

角钢是输电铁塔的重要受力构件,受环境因素影响,角钢可能会出现不同程度的锈蚀,严重时会有结构安全风险。为了建立均匀锈蚀角钢构件的蚀余承载力评估方法,本文通过中性盐雾腐蚀试验,确定了匀锈蚀角钢构件的量化特征,分别为锈蚀率和最大残余率。并以量化特征为基础,利用有限元分析法模拟不同锈蚀程度角钢的最大承载力,再计算出承载力折减率。最后拟合出锈蚀率、最大残余率和承载力折减率间的数学关系。研究结果显示,此次建立的拟合函数精度较高,可用于预测均匀锈蚀角钢的蚀余承载力,从而指导工程活动。

角钢低温冲击性能研究

为了研究低温环境对角钢冲击性能的影响,采用常温、低温冲击试验方法,通过大量试验及数据支撑,得到温度降低时角钢吸收功、冲击强度、脆性断面率的整体变化趋势,确定了角钢化学元素、金相组织、加工尺寸等对冲击性能的影响,完善了公司物理性能检测项目,提高了公司整体检测水平。

Q420B角钢外边翼位置结疤缺陷研究

旨在通过系统的实验分析和理论研究,对Q420B角钢外边翼位置的结疤缺陷进行深入剖析,探讨其形成机理和影响因素,并提出相应的改进措施。期望能够为提高Q420B角钢的产品质量,推动钢材生产技术的进步和发展做出积极贡献。

立式钢琴与三角钢琴踏板的差异性分析

踏板运用是钢琴演奏中最困难也是最具有个性的技术构成,是一种艺术,也是一门学问,然而,立式钢琴与三角钢琴踏板之间因装置和工作原理的不同,存在明显的差异。本文以立式钢琴与三角钢琴踏板的差异为研究对象,以现有文献研究作为理论支撑,从立式钢琴三个踏板的工作原理及三角钢琴三个踏板的工作原理分析着手,通过对二者踏板之间所存在的装置差异、原理差异、使用功能细节方面的对比差异进行研究。研究表明,踏板的存在不容忽视,立式钢琴与三角钢琴踏板之间的差异更不容小觑。立式钢琴与三角钢琴踏板之间的差异处理可以帮助习琴者在钢琴转换的同时,降低因生疏感所导致的失误概率,对于钢琴演奏而言,具有实际研究价值。

角钢自动冲孔装置设计与实验分析

为解决冲孔加工过程中设备成本较高、打孔位置不精确、打孔效率低、孔型单一等问题,设计了一种智能识别孔位、自动完成冲裁的装置——角钢自动冲孔装置。首先,介绍该装置的机构设计、控制系统以及图像自动定位系统;其次,通过ANSYS仿真分析探究了所设计的支撑平台和凹模是否满足在小型冲压机下工作;最后,通过配合小型冲压机,搭建角钢自动冲孔装置平台冲孔。实验结果表明,角钢自动冲孔装置可以完成冲孔,提高作业效率和精确度。

输电线路角钢塔加劲肋倾斜角度对塔脚板受力性能的影响研究

现有架空输电线路杆塔结构的规程规范未明确角钢塔塔脚板加劲肋倾斜角度布置要求,通常按习惯和经验设定。依托500 kV交流及±800 kV特高压直流输电线路工程铁塔,通过有限元数值方法研究了单主材四地螺、单主材八地螺和双主材八地螺塔脚板在加劲肋不同倾斜角度下的受力性能。研究结果表明,加劲肋倾斜角度的改变对四地螺塔脚板的影响较小,但是对八地螺塔脚板影响相对较大。所研究成果对架空输电线路角钢塔塔脚板计算和制图都有一定的指导作用。

110kV六回路窄基角钢塔受力性能与优化分析

窄基角钢塔具有根开小、施工方便、经济性高等优点,具有广阔应用前景,但对其受力性能的研究尚不全面。本文以110 kV六回路窄基角钢塔1D3 SZJ2为研究对象,通过MIDAS Gen有限元软件分析其受力性能,考虑了不同荷载组合工况。研究结果表明,1D3 SZJ2窄基塔在自重与90°风荷载下杆塔受力最不利,最大应力达到了-59.13 MPa,最大位移达到136.28 mm,也远小于规范限值。采用MIDAS软件对各构件的截面形式和尺寸进行优化后杆塔构件各单元最大组合应力比幅值可达到0.65,优化前后杆塔钢材用量减少了2.787 t,钢材成本减少了近12402.15元。