The ultimate strength of doubler plate reinforced Y-joints under compression loading

It is common practice in the offshore industry to solve the punching shear problem due to compression by using doubler plate. The finite-element method is a useful tool for studying this problem. The aim of this paper is to study the static strength of doubler plate reinforced Y-joints subjected to compression loading. The finite-element method is adopted in numerical parametric studies. The individual influences of the geometric parameters βand τd （doubler plate to chord wall thickness ratio） and ld/d1（dubler plate length to brace diameter ratio） on the ultimate strength are made clear. The results show the size of plate may have important effects on the strength of reinforced joints. It is found that the ultimate strength of Y-joints reinforced with appropriately proportioned doubler plates can be greatly improved nearly up tothree times to un-reinforced Y-joints.

垫板加强圆主管和支管T形相贯节点抗拉性能研究

为了研究垫板对圆主管和支管T形相贯节点的加强效果及垫板宽度对相贯节点抗拉性能的影响,对两个垫板宽度不同的T形相贯节点和一个未加垫板T形相贯节点进行了试验研究和有限元分析。试验中,主管两端固定,在支管端部施加竖向位移,研究比较了3个T形节点试件极限抗拉承载力、变形和破坏模态及垫板加强效果。并利用有限元分析软件Abaqus对试件进行了有限元模拟,承载力、变形等分析结果与试验吻合较好。通过研究表明:①在主管和支管之间设置垫板改善了普通相贯节点的应力集中现象,提高了节点的抗拉承载力和结构延性;②合理选择垫板几何尺寸能够使主、支管和垫板共同发挥作用承担外荷载,但垫板宽度参数对节点的受力性能影响较小;③通过试验和有限元应力应变分布分析,探明了节点破坏的机理。

表面焊板加强方钢管T型节点的受压性能

为研究覆板及环口板加强方钢管T型节点的受压性能,建立并验证了加强节点的有限元分析模型,考察了支管宽度和加强板尺寸等参数的影响规律,分析了加强节点的破坏形态及承载力设计方法.参数分析结果表明:支管宽度与加强板厚度是影响覆板和环口板加强节点受压性能的关键参数,并决定了加强节点的破坏模式;当支管-主管宽度比超过0.8或加强板与主管厚度比大于2.2时,节点发生主管侧壁屈曲控制的破坏形态,没必要继续增加加强板厚度;文中提出的新型环口板加强方法可以较好地增强主管翼缘和侧壁,阻止或延迟主管侧壁屈曲的发生.文中还采用现有规范和文献的设计公式,计算了覆板及环口板加强节点的受压承载力,验证了各公式的适用范围,从而为该类加强节点的设计提供参考.

鞍形垫板加强T形相贯节点极限承载力分析

利用有限元分析方法对鞍形垫板加强T形相贯节点在支管轴向拉力和压力作用下的极限承载力进行了研究,并在现行钢结构设计规范中关于直接焊接相贯节点的极限承载力设计公式的基础上引入极限承载力提高系数φ建立垫板加强T形相贯节点极限承载力设计公式.分析结果表明,支管轴向拉力作用下,影响φ的主要参数为垫板厚度λ;支管轴向压力作用下,影响φ的主要参数为主支管直径比β和垫板厚度λ.

N型圆钢管相贯节点滞回性能有限元数值分析

相贯节点是钢管结构常用的节点形式,为评价普通及外贴钢板加强的N型圆钢管相贯节点的抗震性能,采用8节点实体单元分别建立两种节点的有限元模型,设置接触单元模拟加强钢板与节点主管之间的接触作用,对两种节点的滞回性能进行了有限元数值分析,得到两种节点在往复荷载作用下的滞回曲线、骨架曲线及节点域应力分布.两种节点的滞回曲线均呈有一定宽度的梭形,滞回性能良好;根据节点骨架曲线,外贴钢板使相贯节点极限承载力提高了25%以上.数值分析结果与相应试验结果基本一致,验证了有限元方法在相贯节点滞回性能研究中的适用性和可靠性.

垫板加强K型圆钢管相贯节点力学性能的有限元分析

目的研究垫板加强K型相贯节点中垫板的加强效果,为此类节点的应用提供理论基础.方法采用非线性有限元分析软件ABAQUS对两个支管分别承受拉力和压力作用的60个垫板加强K型圆钢管相贯节点构件进行数值分析,考察了不同垫板参数下垫板加强K型圆钢管相贯节点力-位移的关系,研究垫板长度和宽度对K型相贯节点极限承载力的影响.结果在主管和支管之间设置加强垫板改善了普通K型相贯节点的传力路径,提高了节点的极限承载能力和延性;增加垫板的长度不能提高节点的承载能力,只要满足焊接要求取δ=0.5 d就可以.增加垫板的宽度对节点的承载力的影响也可以忽略不计.结论在K型相贯节点上设置加强垫板可以提高节点的承载力,改善节点的应力集中现象.

垫板加强T型圆钢管相贯节点抗弯承载力有限元分析

目的研究采用垫板加强措施后T型圆钢管相贯节点抗弯承载能力的提高效果,以及不同的垫板参数对节点加强效果的影响,为该类节点的应用提供理论基础.方法利用有限元分析软件ABAQUS对承受弯矩作用的垫板加强T型圆钢管相贯节点进行弹塑性分析,研究垫板几何参数对垫板加强T型圆钢管相贯节点的弯矩-转角曲线的影响.结果λ在0.1～4.0变化时,对节点抗弯承载力的影响较大;Δ大于0.5倍的支管直径时,垫板长度的变化对节点极限抗弯承载力的影响可以忽略不计.垫板宽度对节点抗弯承载力略有影响,综合考虑取α=90°为宜.结论在普通相贯节点上设置垫板可以改善节点处的应力集中现象,提高节点的抗弯承载力.

垫板/环口板加强方钢管节点轴向受力性能研究进展

焊接节点是钢管桁架的关键部位,从设计阶段的强节点要求以及长期服役后的损伤加固需求来看,节点加强/加固都是提升结构安全性和延长服役年限的重要手段。焊接垫板/环口板与主管协同承载性能优越,被广泛应用在方钢管节点的加强或加固,但其设计方法仍不完善。为此,从试验研究、数值模拟、理论模型和规范对比等方面,对垫板/环口板加强方钢管节点轴向受力性能的研究现状进行梳理。分析发现:试验及模拟对象较单一,以T形节点为主;约束条件各异,节点强度评价准则不一;实测及模拟数据较多,但归一化评价较困难;设计公式形式多样,离散性较大。最后,结合作者在该领域的研究工作和成果,提出了该领域的研究趋势和发展方向,有望为我国重要钢管结构的节点加强/加固提供参考。

鞍型板加强Y型管节点在轴向拉力下的极限强度分析

研究了鞍型板加强的Y型管节点在轴向拉力的作用下的极限强度。在分析时采用有限元数值计算和正交设计方法。分析了独立的管节点参数β和鞍型板与弦管厚度比τd以及鞍型板长度与撑管直径比ld/d1对极限强度的影响。计算结果表明鞍型板的尺寸对加强后的节点强度有很大的影响。利用适当尺寸的鞍型板对Y型管节点进行加强可以提高极限强度。

一种包板加强T型管节点的简化算法

包板在海洋工程结构中有着广泛的应用,限于其复杂的受力特性,对其力学性能一直没有可量化的计算方法。利用有限元分析方法对包板加强的T型管节点,分别在轴向受压﹑轴向受拉和受弯曲工况下的承载能力进行研究,在宽幅值包板极限承载力公式的基础上,结合API RP2A中简单节点的计算方法,给出了可量化的适用于工程实践中的窄幅值包板加强T型节点校核计算公式,并给出包板与弦杆连接角焊缝选择方法。分析结果表明,该简化计算方法能够有效体现出垫板各参数对承载能力的影响,对包板设计起到指导作用,能够有效简化包板设计的计算过程。

方钢管覆板及竖向插板加强T形节点受压静力试验

为分析方钢管加强节点的轴压承载能力和破坏模式,对支管与主管宽度比β=0.4和β=0.8的两组覆板加强节点、竖向插板加强节点进行轴向静力加载试验。分析了节点破坏模式、荷载-位移曲线、主管变形及应变,以及加强节点的受压承载机理。结果表明:在支管轴向压力作用下,未加强及加强节点的变形能力都较好,试件在破坏前有充分的塑性发展;覆板及插板加强节点的受压承载能力较对应的未加强试件有显著提高,当β=0.4时加强节点的破坏模式与未加强节点一致,当β=0.8时存在节点过度加强问题,引起支管先于节点破坏;相同β下,覆板加强节点的受压承载力高于竖向插板加强节点;在主管表面屈服破坏控制的情况下,覆板加强节点的承载机理为覆板与主管上翼缘共同屈服,竖向插板加强节点的承载机理为插板扩大了主管上、下翼缘的屈服范围。

覆板加强的方钢管T形节点轴向滞回性能试验研究

为研究采用覆板加强的冷弯方钢管T形节点的轴向滞回性能,对2组支管与主管的截面宽度比β分别为0.4和0.8的方钢管直接焊接节点和采用覆板加强的方钢管T形节点进行了轴向往复加载试验。详细介绍了试验节点的设计、试验过程及破坏形态,并对节点试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能和延性等性能进行了分析。试验中,试验节点经历了主管屈服、初始开裂、裂纹闭合、裂缝扩展、裂缝贯通五个主要阶段,但各试件的开裂位置并不相同。加强覆板阻止了裂缝向主管管壁发展,有效避免了主管管壁的撕裂破坏,使开裂后支管的受压荷载继续上升,因而节点开裂后受拉能力较未加强节点的好。支管与主管截面宽度比越小,试件的耗能能力和延性越好。但覆板加强处理降低了试件的耗能能力,且支管与主管宽度比越小其耗能能力的降低越明显。受拉裂缝会降低试件的延性,故轴拉循环的延性较对应的轴压循环的差。在β=0.8时,覆板加强对试件的抗震延性有所改善,但β=0.4时加强节点试件的位移延性系数低于未加强节点。覆板加强节点在支管轴向往复荷载作用下的拉压不均衡问题应引起重视。

垫板加强Y型圆钢管节点受压极限承载力研究

对支管受轴向压力作用的垫板加强Y型圆钢管节点进行了非线性有限元分析,研究了几何参数对加强型节点受压极限承载力的影响。分析表明,设置适当尺寸的垫板能够增强Y型圆钢管相贯节点承受荷载和抵抗变形的能力。用多元线性回归法求出垫板加强Y型圆钢管节点受压极限承载力提高系数φp的回归方程,从而提出了垫板加强Y型圆钢管节点受压极限承载力的建议公式。

方钢管覆板及插板加强T型节点弯曲滞回性能研究

采用试验测试及有限元模拟的方法,研究了方钢管覆板加强和插板加强T型节点的弯曲滞回性能及其影响因素,分析了节点的破坏形态、承载力、滞回曲线、骨架曲线、耗能能力以及延性等.试验表明:在支管平面内往复弯矩作用下,覆板加强节点、插板加强节点及未加强节点均经历了初始开裂、裂纹闭合、裂纹扩展及裂缝贯通4个阶段,且初始裂缝均在支管根部转角处;覆板及插板加强节点抗弯承载力明显高于对应未加强节点,但均低于等宽未加强节点;覆板加强使节点累积能量耗散和延性比未加强节点分别降低39.5%和36.8%;而插板加强则分别提高19.2%和8.0%.参数分析表明:覆板厚度及屈服强度对覆板加强节点滞回性能及耗能能力影响较大,覆板长度影响很小.插板加强节点受弯滞回性能受支管控制,受主管及插板参数的影响很小,能耗系数为3.5~4.0,竖向插板比覆板更适用于有抗震设防要求的受弯节点加强.