标准化Z字形钢结构梁柱连接节点转动刚度研究

为研究标准化Z字形钢结构梁柱连接节点的转动刚度,对翼缘焊接和搭接两种形式的Z字形钢结构梁柱连接节点进行了单调和往复循环加载试验及有限元分析。研究了不同连接节点设计强度对Z字形钢结构梁柱连接节点转动刚度和循环刚度退化等力学性能的影响。结果表明,翼缘焊接和搭接两种形式的Z字形钢结构梁柱连接节点均具有良好的延性和滞回性能。翼缘焊接Z形节点转动刚度表现为刚性连接,翼缘搭接Z字形钢结构节点转动刚度表现为铰接。对于翼缘焊接Z字形钢结构梁柱连接节点,其转动刚度和循环刚度退化程度受焊缝连接强度影响显著。较小的强度设计倍数(0.2~0.4)时节点破坏模式为焊缝率先发生破坏,其节点转动性能表现为半刚性。较大节点强度设计倍数(0.7~1.1)时节点破坏模式转变为构件率先发生破坏,节点表现为刚性连接且其循环刚度退化程度(转角小于0.02 rad条件下)明显小于强度设计倍数较小的Z字形钢结构节点循环刚度退化程度。总体上看,可通过改变节点强度设计倍数来调节其转动刚度。

碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度试验研究

为研究碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度特性,提出测定支撑架体的角节点、边节点与中间节点转动刚度的试验方案,对应分别插入2根、3根和4根水平杆的节点转动刚度试验。在利用相应扣件式节点试验来验证本方案合理性的基础上,对当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量进行测定。采用三折线模型对碗扣式节点的M-θ曲线进行拟合,分析了不同水平杆数量对其转动刚度的影响及其破坏特点。研究结果表明:(1)碗扣式钢管支撑架角节点、边节点的转动刚度分别为中间节点转动刚度的77.93%、92.14%,且均高于规范给出的建议值25 kN·m·rad-1;角节点与边节点的转动刚度相对较弱,对架体整体稳定性的影响不可忽略;(2)当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量较新构件有不同程度的下降,最大降幅约为30%;(3)碗扣式节点的破坏先后顺序为水平杆、上碗扣、立杆和下碗扣;节点的破坏发生在水平杆接头处,应对此处加强质量监管。相关结论可为同类半刚性节点的转动刚度确定提供参考。

基于四点弯曲力学模型的半刚性节点弹性转动刚度研究

半刚性节点的弹性转动刚度对单层网壳整体稳定承载力分析的准确性至关重要。四点弯曲试验是广泛应用于获取半刚性节点力学性能的测试方法,但存在转角测量误差较大的缺陷。本文首先利用能量法原理和挠曲线微分方程,推导出基于四点弯曲力学模型的半刚性节点转角和位移关系的理论公式,进而得到半刚性节点弹性转动刚度公式;随后,利用理论公式将四点弯曲试验测得的荷载-位移曲线转化为节点弯矩-转角曲线(即公式曲线),并与试验直接测得的节点弯矩-转角曲线(即试验曲线)进行对比。结果表明,本文提出的理论公式能够准确的根据荷载-位移曲线计算出弯矩-转角曲线,用位移测量替代转角测量,从而准确计算半刚性节点的弹性转动刚度值,为单层网壳稳定承载力分析时考虑节点的弹性转动刚度提供了依据。

不同杆件间节点转动刚度对盘扣式支架力学性能影响分析

盘扣式支架节点转动刚度是影响其结构受力的关键因素,为明确不同类型节点转动刚度大小对于支架力学性能的影响,采用有限元软件ANSYS,对盘扣支架标准节建模,通过赋予杆件之间joint单元不同的转动刚度值,分别对竖向荷载及水平荷载作用下的不同杆件内力及支架整体承载力进行对比分析。结果表明,不同类型节点转动刚度对于盘扣支架的力学性能影响存在差异,且节点转动刚度对于杆件内力及支架整体承载力的影响呈明显的非线性,各类节点转动刚度在0~150kN·mm/rad变化时,对结构的受力性能影响最为显著,其中水平杆-竖杆节点转动刚度对于杆件内力及支架整体性能影响最为明显。依据本研究结果,可对现有盘扣式支架承担不同方向荷载时的杆件选型、节点设计及优化提供参考,确保安全并能提高支架搭设效率。

带可更换梁段钢框架端板式梁柱节点初始转动刚度计算模型

带可更换梁段的钢框架端板式梁柱节点(RSFEBJ)是一种地震失效后可更换和修复的新型节点,该RSFEBJ与柱和梁端均采用端板式连接。通过组件法来研究RSFEBJ的初始转动刚度,综合考虑了柱腹板拉、压、剪变形及翼缘弯曲变形、梁柱端板受弯变形、连接端板(1、2)拉压及弯曲变形、梁腹板受剪及螺栓受拉变形对其的影响,建立了简化的弹簧模型,并在此基础上提出各组件的刚度计算公式。通过与课题组已开展的不同削弱形式下的RSFEBJ抗震性能有限元分析结果对比,理论值与有限元值之比均值为0.98,标准差为0.07,二者最大误差小于15%,表明公式具有较好的计算精度。最后开展了节点初始转动刚度的影响因素分析,结论表明:增大梁柱和连接端板厚度是提高节点初始转动刚度的有效手段。

盘扣式钢管脚手架节点转动刚度及稳定承载力研究

盘扣节点转动刚度对盘扣式钢管脚手架稳定承载力有重要影响,但现有研究均未考虑盘扣节点顺/逆时针转动刚度差异.为进一步提高盘扣式钢管脚手架稳定承载力的预测精度,根据各构件真实尺寸建立盘扣节点三维精细化有限元模型,采用基于等向硬化准则及关联流动法则的弹塑性本构模型描述材料的完整变形过程,利用罚刚度方法准确模拟各构件之间的相互作用,从而获得包含顺/逆时针转动刚度差异的盘扣节点完整力矩-转角曲线,并进行了试验验证.研究表明,盘扣节点顺/逆时针转动的力矩-转角曲线及刚度变化规律相似,但逆时针转动的承载能力和转动刚度均大于顺时针转动的情况.基于完整力矩-转角曲线进行的架体稳定承载力分析结果与竖向加载试验结果一致,从而验证了包含顺/逆时针转动刚度差异的盘扣节点完整力矩-转角曲线对盘扣式钢管脚手架稳定承载力预测的适用性.

分块式预制综合管廊接头非线性转动刚度理论与数值研究

分块式预制综合管廊是一种新型地下管廊结构,其接头处的力学性能往往直接影响管廊的运营安全。现有综合管廊接头转动刚度理论模型有的公式较为复杂,有的准确度不高,难以运用于实际工程中。本文对采用螺栓连接的分块综合管廊横向接头在整个加载阶段的转动刚度进行了理论研究,推导出4个不同受力阶段的接头转动刚度理论计算公式。建立了分块管廊横向接头的三维有限元模型,并对接头处的挠曲变形、接触面应力分布进行了研究。将分块综合管廊接头转动刚度理论、数值与试验结果进行了对比分析,验证了理论公式、有限元分析方法的正确性。由于本文所提出的理论计算公式较为简洁,且所涉及参数很容易得到,因此该公式对预制装配式综合管廊接头性能的评估适用性较好。

盾构法隧道管片接头转动刚度的理论研究

以上海地铁隧道为工程背景,通过建立能够完整描述接头在任一组合力(弯矩、轴力以及联结螺栓预应力)作用下的受力及变形性状的接头力学模型,分析了管片接头转动刚度的一般变化规律。研究认为,对于给定的管片尺寸,管片接头转动刚度是接头承受载荷水平的函数,减小管片厚度将导致管片接头的正、负弯矩转动刚度的降低,同时,使得二者之间的差值更大,这对于管片接头的受力性能是不利的,而通过改变管片接头中联结螺栓的位置则可以改善这种情形。同时,调整管片厚度以及联结螺栓位置可以实现在不影响甚至提高管片接头受力性能的前提下降低管片厚度以降低工程造价的目的。

三种形状柔性铰链转动刚度的计算与分析

本文针对3种形状的柔性铰链进行力学分析,推导出它们各自绕z轴的转动刚度计算公式;通过计算、比较和分析得出柔性铰链中外形、几何尺寸等设计参数对转动刚度的影响程度。根据分析结果确定3种形状柔性铰链各自的微制造工艺及适用场合。

大转角柔性铰链的结构设计及转动刚度研究

为满足航天可展结构需要,提出了一种大转角柔性铰链,其转动角度可达180°。借助几何运动学理论,进行了大转角柔性铰链的结构设计;并对柔性体的尺寸、啮合曲面轮廓、转动刚度、储存能量等关键问题进行了理论分析。得出了柔性体最小长度、厚度与柔性体转动时的最小弯曲半径之间的关系;给出了啮合面的轮廓计算、铰链的转动刚度、柔性铰链储存能量的计算解析表达式。这一柔性铰链的提出及关键问题的解决为相关领域的研究应用提供了重要的参考。

H型钢梁与矩形钢管柱端板单向螺栓连接节点初始转动刚度性能

进行了6组平齐式、外伸式端板单向螺栓连接节点试验,并在现有研究成果的基础上,分别推导了单向螺栓抗拉刚度、受拉端板抗弯刚度、柱壁抗拉刚度、柱壁抗压刚度和受压外伸式端板抗压刚度的计算式.利用组件法推导了平齐式、外伸式连接节点在弯矩作用下初始转动刚度的理论计算公式.结果表明:给出的节点初始转动刚度的计算式与试验结果吻合较好,精度可满足工程设计的要求.最后,提出了H型钢梁与矩形钢管(RHS)柱端板单向螺栓连接节点的设计建议.

梁柱端板连接节点的初始转动刚度计算模型

首先利用分解法建立了梁柱螺栓端板连接节点的力学模型 ,然后基于梁板理论给出了节点初始转动刚度的解析公式。公式综合考虑了端板变形、柱翼缘以及螺栓对初始转动刚度的贡献 ,可方便地推广于平端板和外伸加劲端板连接初始转动刚度的计算。公式计算结果和试验结果以及有限元分析结果作了对比 ,吻合较好。同时给出了便于工程设计的简化公式。

圆弧形复合柔性铰链转动刚度的研究

为了满足并联机器人机构定位准确、结构紧凑的工作要求,提出一种新型柔性铰链-圆弧型复合柔性铰链。根据材料力学理论,给出了其转动刚度计算公式的推导过程并用ANSYS软件建立了该柔性铰链的有限元模型,通过有限元方法验证了此公式的正确性。

半刚性组合节点初始转动刚度计算

在钢 -混凝土组合框架设计的弹性分析和使用阶段的计算时 ,需要确定节点的初始转动刚度。为此 ,介绍了一个半刚性钢 -混凝土组合节点初始转动刚度的计算方法 。

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅱ)连接转动刚度和算例分析

计算半刚性连续框架柱的有效长度系数时,必须先确定梁柱连续转动刚度。本文提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:用梁线理论和弯矩-转角曲线确定切线连接刚度。另外,通过两个算例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了连接的非线性弯矩-转角特征和荷载水平大小对有效长度系数的影响,比较了本文简化方法、Barakat-Chen简化方法与精确方法计算的有效长度系数。研究表明,本文简化方法具有很好的精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析和设计。

端板连接组合节点初始转动刚度分析

利用欧洲规范3与欧洲规范4介绍的组件法思想,针对已有的端板连接组合节点初始转动刚度分析方法的不足,提出了端板连接组合节点负弯矩作用下节点初始转动刚度的详细计算步骤;考虑板内纵筋与剪力栓钉竖向位置的不同及桩腹板加劲肋的影响,给出了初始转动刚度组件法分析模型.将分析结果与试验结果进行了比较验证,结果表明该分析方法精度较好,能够用于工程设计中对该类节点初始转动刚度的预测.

柔性铰链转动刚度分析与验证

针对直圆形柔性铰链进行分析,在分析比较通过理论公式和有限元软件计算柔性铰链转动刚度方法的基础上,设计柔性铰链转动刚度测试实验,对计算结果进行实验验证.提出了柔性铰链转动刚度设计的一般思路、方法和应注意问题.

外接式组合桁架节点初始转动刚度研究

新建银西线铁路渭河特大桥主桥为4×60 m钢桁腹-混凝土连续箱梁桥,考虑本桥型中半刚性节点转动性能不明确的问题,该文讨论了对外接式组合桁架节点初始转动刚度及其对桥梁受力性能的影响。首先定义了节点域,然后通过传力路径分析将节点域简化成弦杆、PBL剪力键群以及外露节点板三个有效力学组件,利用组件法原理推导出了各有效力学组件的弹簧刚度表达式,得到节点的初始转动刚度函数表达式。建立了节点有限元模型,并将数值结果与理论结果相比较,验证了模型的有效性以及理论分析的正确性。此研究成果为后续外接式节点的弯矩-转角曲线研究奠定了基础。

门式刚架带加劲肋外伸端板连接的初始转动刚度计算

对欧洲规范Eurocode 3的组件法进行改进,考虑了带加劲肋的外伸端板与柱翼缘之间的拉伸刚度组件,使之可用于计算门式刚架结构中最常见的设置了加劲肋外伸端板连接节点的初始转动刚度,同时给出了该类节点的初始转动刚度的简化分析模型以及详细计算步骤,并通过试验进行了验证。结果表明:所提出的方法计算结果与试验结果吻合较好,可用于目前部分不符合规范刚性连接要求的门式刚架节点的初始转动刚度的确定,并为该类结构整体承载力的分析计算提供依据。

混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度影响的模型研究

为了研究混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响,运用组件法和弹塑性理论提出了混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度影响的计算公式,通过与试验结果对比表明:计算值与试验值吻合较好。因此,该计算公式可用于梁柱端板连接半刚性组合边节点刚性的判断和参数研究。