Ultimate Load Capacity and Reinforcement of Circular-Hollow-Section N-Joint

Experimental research and numerical analysis were applied to study the ultimate load capacity(ULC) and reinforcement of circular-hollow-section N-joint.Four specimens were tested under static load.The ULC of each specimen was obtained and the detailed failure conditions were discussed.Based on the results, both welding a plate on the chord member and filling concrete in the chord member are effective to reinforce the N-joint, but it is suggested that these two methods should not be applied simultaneously.Mo...

工字形钢梁-矩形钢管柱单向螺栓节点抗弯承载力理论计算方法

针对工字形纯钢梁和钢-混凝土组合梁分别与矩形钢管柱和矩形钢管混凝土柱采用单向螺栓(也称单边拧紧螺栓)连接形成的4种节点形式,对其在弯矩作用下的受力机理及破坏模式进行分析,讨论导致节点失效的因素。总结节点在弯矩作用下的9种失效模式,包括:单向螺栓拉断、端板受弯屈服、矩形钢管柱壁翼板受拉屈服、矩形钢管柱壁翼板受压屈服、矩形钢管柱壁腹板受压屈曲、混凝土楼板局部压溃、钢筋屈服、矩形钢管柱内混凝土局部压溃、矩形钢管柱壁腹板受压屈服,进而基于破坏模式给出节点各组件承载力的计算公式。对4种节点在不同破坏模式下的正弯矩承载力和负弯矩承载力进行分析,给出节点承载力计算公式。将节点抗弯承载力的理论计算结果与试验结果进行对比,验证理论计算方法的可靠性。

平面KK型矩形钢管节点静力试验研究

依托某主题广场月牙形艺廊单层网壳钢屋架结构,选取其最不利受力节点,设计了中心插板节点和毂节点两种KK型矩形钢管节点,分别对其足尺模型进行静载试验,测试分析模型节点区域的应变及应力分布规律,对比分析支管端部的位移变化。结果表明:1)设计荷载水平下,两个节点均满足受力要求;毂节点和中心插板节点的最大试验荷载约为等效设计荷载的2.85倍和3.25倍,节点安全储备较高;2)在最大试验荷载作用下,两个节点支管根部与中心构件相贯焊缝附近部分均不同程度地屈服,毂节点圆筒内加劲肋焊缝局部出现开裂;3)相同荷载作用下,中心插板节点相应位置应力应变水平相对较低,故中心插板节点的承载强度较高;4)由试验荷载-位移曲线分析得出毂节点的各肢平均位移比中心插板节点约大13.3%,表明中心插板节点弹性刚度较大。

斜撑对方钢管柱-桁架梁节点抗震性能影响试验

为实现施工现场绿色、高效率、高精度的模块化装配式钢结构建筑的建造,分别提出基于柱座式的带斜撑和不带斜撑的装配式方钢管柱-桁架梁节点。共设计4个十字形足尺试件,并对其进行滞回加载试验。分别考察梁破坏和斜撑破坏模态下试件的抗震性能,探究两种破坏模态产生的原因。评估斜撑对节点极限承载力、延性、刚度以及能量耗散能力等抗震性能的影响,分析两种破坏模态下节点的传力机制,并结合破坏模态和受力特性分别给出带斜撑和不带斜撑节点的设计建议。结果表明:不设置斜撑的试件表现出良好的塑性变形和能量耗散能力等抗震性能;斜撑的设置不仅有效地将塑性铰由桁架梁转移到斜撑端部,而且大幅度地提高节点的承载力和刚度,但在斜撑破坏前桁架梁塑性变形能力受限。整个加载过程中,4个试件的柱座与桁架梁之间的连接未出现破坏,且柱子与柱座之间的法兰板未出现明显的滑移现象,该柱座式连接可靠。

支管轴压下高强钢圆管X形节点的承载力计算公式

研究了支管受压的Q460、Q690、Q960高强钢圆管X形节点的静力性能。采用经试验数据验证的有限元模型进行节点有限元参数分析,研究高强钢牌号、支管与主管外径之比(β)、主管外径与其管壁厚度之比(2γ)、主管轴向应力比(n)对节点性能的影响;与有限元参数分析和文献中试验结果对比,评价我国钢结构设计标准计算公式的适用性。结果表明,节点发生主管塑性破坏,节点承载力多由主管局部变形限值(3%主管外径)确定;多数情况下钢结构设计标准计算公式高估了高强钢圆管X形节点的承载力;主管受到压力或较大拉力时均会降低节点承载力。最后,针对不同钢材牌号的圆管X形节点给出了建议的2γ范围。基于主管塑性破坏,提出了考虑高强钢屈服强度、主管拉压效应的圆管X形节点承载力计算公式。

考虑强弱轴影响的矩形钢管网壳结构弹塑性稳定性分析

在单层网壳结构中,存在强弱轴的矩形钢管较圆钢管、方形钢管在结构受力合理性、材料性能充分利用上存在优势。首先通过一组算例对比分析了圆钢管、H型钢、方形钢管和矩形钢管四种杆件形式在网壳结构曲面内外承受双向压弯的稳定性差异,随后将矩形钢管带入装配式节点的弹簧单元有限元模型,对比刚接模型进行研究,得到了节点域、节点刚度、初始缺陷幅值、矢跨比等参数对结构稳定承载力的影响规律。结果表明,矩形钢管的稳定应力在两个方向上可以达到平衡,且在强轴方向的稳定应力要低于同截面面积的圆钢管和方形钢管的稳定应力;对于截面存在强、弱轴且在截面两个方向材料充分运用的杆件,其弱轴方向抗弯刚度的影响不可忽视。

从肥袋足鬲看商时期北方长城地带东段地区的文化互动

肥袋足鬲是商时期在北方长城地带东段地区不同考古学文化中共有的一类器物。虽然不同地区的考古学文化中肥袋足鬲形态存在差异,但在面对商文化的扩张过程中,不同地区的肥袋足鬲消长、中断与复兴的时间却几乎相同。肥袋足鬲所体现的文化传播,反映了华北平原北缘地区与晋陕高原地区人群的交流与互动。晚商时期使用肥袋足鬲的人群往往与佩戴卷云形金耳饰的人群在空间上重合,反映了北方长城地带东段不同考古学文化之间的共性。

冷弯高强钢椭圆管柱力学性能有限元分析

冷弯高强钢椭圆管柱由于其椭圆截面的几何特殊性和优越的力学性能而被广泛应用。然而,目前国内外缺乏系统性的冷弯高强钢椭圆截面的研究和设计指导。现通过数值模拟的方法,分析了冷弯高强钢椭圆管柱的轴压性能,并将得到的有限元数据与现行的欧洲规范进行对比。对比表明,欧洲规范中冷弯高强钢椭圆管柱的屈曲曲线过于保守。由此,提出了新的设计曲线,为冷弯高强钢椭圆管柱提供新的设计参考。

车用变截面空心管材缩-扩成形规律研究

目为确定车用变截面空心管材缩-扩成形工艺影响因素,提高缩-扩成形工艺制备质量,利用Abaqus软件对车用变截面空心管材缩-扩成形过程进行数值模拟,研究不同工艺参数(合模力、润滑方案、成形速率)对成形过程的影响,确定最佳工艺参数。研究结果表明:合模力为20 kN、采用润滑油和润滑脂混合润滑、成形速率为1 mm/s时,变截面空心管材缩-扩成形均匀性较好,无缩口、起皱现象。针对仿真结果进行空心管材变截面缩-扩成形实验,实验结果与仿真结果基本一致,验证了此工艺参数组合的准确性,可为车用变截面空心管材高性能制造提供参考。

基于选区激光熔化技术的空心变截面梁点阵建模与性能研究

针对点阵结构受力不均、材料分布不合理和功能性单一等问题,设计了一种空心变截面梁点阵。该点阵主要由空心变截面梁和无冠空心球体组成,优化了节点连接方式,改善了材料分布,相比于传统体心立方点阵更具优势。完成了空心变截面梁点阵结构几何分析,基于点阵的几何数据模型和铁木辛柯梁理论推导了点阵结构参数与相对密度和力学性能之间的函数关系。设计了单胞边长10 mm空心变截面梁点阵,在同一相对密度、不同曲率半径的变截面梁点阵进行了准静态压缩仿真模拟,采用选区激光熔化技术制备了变截面梁点阵,进行了形貌分析和准静态压缩试验。结果表明:压缩仿真结果与实验结果趋势吻合,空心变截面梁点阵相比于传统体心立方点阵性能更优,外轮廓曲率半径为4 mm时力学性能最优,相比于普通点阵承载能力提高43%;变截面梁外轮廓及内孔光洁度较高,扫描提取模型与原模型相比偏差在0.25 mm以内。

G15公路嘉金段空心板梁拼宽设计

随着时代的发展,社会对桥梁结构的建设提出了越来越高的要求.为了缓解交通压力,提升经济发展,降低工程造价,减小社会影响,越来越多的现状桥梁会被拓宽改建,继续承担着社会责任.G15公路嘉金段改扩建工程存在大量的既有桥梁改建需求,其中空心板梁拼宽,采用上部结构连接,下部结构不连接的方式.对空心板梁三种拼宽方案进行比选,同时计算分析了新建结构的沉降对现状空心板梁以及拼缝的影响.为桥梁改扩建工程的设计提供了一定的参考.

抽水蓄能电站勘探平洞掏槽爆破方法研究

为解决抽水蓄能电站勘探平洞钻爆掘进单循环进尺低问题,加快抽水蓄能电站工程地质勘察施工进度,提出了“大直径空孔环+桶式多阶段”新型掏槽方法,并分析了其参数合理性和破岩机理。工程实例应用表明,掏槽方法可将抽蓄勘探平洞(小断面)单循环平均进尺、月平均进尺分别提高并稳定在3.12 m和280 m水平,在抽蓄勘探平洞(小断面)钻爆法快速施工中具有显著适用性和优越性,同时,在抽蓄勘探平洞、矿山岩巷、抽蓄排水廊道等有快速掘进需求的小断面隧洞中具有极高的推广应用价值。

矩形钢管K型节点复合型应力强度因子计算方法研究

相比圆形钢管桁架,矩形钢管桁架在施工方面具有一定的技术经济优势,并已广泛应用于桥梁工程中,鉴于断裂力学法评估该类结构疲劳性能的需要,该文探讨矩形钢管K型节点在支管拉压平衡荷载作用下的应力强度因子计算方法。提出带表面裂纹矩形钢管K型节点有限元建模方法,并与试验进行验证;通过参数分析,研究节点和裂纹几何参数对节点几何修正系数Y的影响;多元回归分析拟合得到矩形钢管K型节点应力强度因子计算公式及其修正后的设计计算公式,并通过算例分析给出基于断裂力学的钢管节点剩余疲劳寿命评估方法。结果表明:有限元结果与试验结果比值均值为1.012,变异系数为0.034,两者最大差值仅为5.5%,表明有限元计算结果可靠;节点几何参数2γ、τ与Y呈正相关,θ与Y呈负相关,其原因主要在于节点相贯线处刚度和受拉荷载变化,改变了裂纹尖端应力场,从而影响了裂纹扩展速率,裂纹几何参数c/a与Y呈正相关,但影响不明显,a/t0与Y呈负相关;提出的应力强度因子计算公式与有限元计算结果吻合良好,且修正后用于设计的计算公式具有95%的可靠度;圆形钢管节点应力强度因子高于矩形钢管节点,平均提高24.9%,说明在相同荷载工况下,圆形钢管节点裂纹扩展速率更快,算例分析也进一步验证该结论,圆形钢管节点剩余疲劳寿命为2.1×105次,低于矩形钢管节点的剩余疲劳寿命2.3×105次。

L形包角环口板加强方钢管T形节点轴向滞回性能研究

为研究L形包角环口板加强方钢管T形节点(LCPT)轴向滞回性能,对一组包角环口板加强T形节点进行轴向往复加载试验,并与未加强(URT)和覆板加强节点(DPT)进行对比。结果表明:包角环口板加强节点的轴向滞回性能较优,LCPT试件比URT试件的最大荷载可提高103.2%;LCPT试件比DPT试件的累积耗能能力更好,且LCPT试件比DPT试件的拉压对等性更好。进一步对包角环口板尺寸和屈服强度进行有限元参数分析,结果表明:包角环口板厚度是影响LCPT节点轴向滞回性能的关键几何参数,提高包角环口板屈服强度可提高节点承载力,但对节点耗能能力几乎无影响。最后,对比覆板、环口板、包角环口板三种方钢管加强节点的承载和耗能机理,包角环口板加强节点的轴向滞回性能更优。

方钢管灌浆连接节点轴压性能试验研究

模块装配式钢结构中不同模块间的连接方式对节点的承载能力和结构整体安全有着重要影响.借鉴海上风机桩-基础连接对已有的钢模块间方钢管梁柱节点连接方式进行改进,提出一种带有抗剪键的灌浆连接方式.为了研究灌浆连接抗剪键设置准则,设计了7个方钢管灌浆连接试件并进行了轴压测试,研究了抗剪键的高度h和间距s对试件极限承载能力的影响,并调查了各试件的破坏模式.研究结果表明,外套筒钢材的强度需要和灌浆料强度进行适度的匹配.此外,增加抗剪键的数量可以显著提升试件的极限承载能力,但随着h/s变小,抗剪键提升承载能力的效率会降低.抗剪键数量一定的情况下,适当的增加抗剪键间距s能够略微提升试件的极限承载能力.

鸟嘴式K形间隙节点应力集中系数参数化建模与分析

鸟嘴式节点是一种新型的焊接方钢管节点,由于其构造上的独特性,以热点应力为目标的参数化建模分析过程较为复杂。针对常见的K形节点形式,以鸟嘴式K形间隙节点的四个无量纲参数为主要变量,建立了一套可靠高效的参数化建模方法。有限元建模基于ANSYS参数化设计语言(APDL),充分考虑鸟嘴式K形间隙节点鞍部和冠部区域的几何特征,同时准确模拟角焊缝几何尺寸的影响,实现了焊趾热点应力的精细化分析和自动化提取。另外,参照国际焊接协会疲劳设计指南建议的热点应力确定方法,在焊趾外侧设立热点外推区,并对其进行网格二次划分,以满足热点应力外推计算的需求。通过与已有试验数据对比,验证了有限元模型的准确性。在此基础上开展参数化分析,发现了鸟嘴式K形间隙节点应力集中系数(SCF)随无量纲参数的变化规律。并通过数值拟合提出了相应的SCF计算公式,可用于此类新型节点的抗疲劳设计和疲劳性能评估。

方钢管柱与桁架梁十字形节点滞回试验研究

提出了一种基于柱座式的装配式方钢管柱-桁架梁连接节点,以实现现场高效率、高精度的层装配式钢结构建筑的建造。该节点主要由柱座、带法兰方钢管柱和桁架梁等组成,其中柱座与桁架梁在工厂完成焊接,现场通过高强度螺栓将柱座与上下柱完成装配。为了研究该新型节点的抗震性能,对3个足尺十字形方钢管柱-桁架梁连接试件进行了滞回加载试验,考察了各试件的破坏模态,评估了梁柱截面尺寸及轴压比对滞回曲线、极限承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标的影响规律。试验结果表明:3个试件均表现出良好的抗震性能,各个试件的破坏均始于桁架梁弦杆或腹杆的局部屈曲,结束于桁架梁弦杆或腹杆的开裂;柱壁厚及桁架梁弦杆厚度对试件的承载能力和初始刚度均有显著影响,而轴压比对试件的抗震性能影响较小。加载过程中所有试件的柱座并未发生破坏、法兰板之间无明显滑移,且柱座与桁架梁之间的裂缝未出现撕裂现象,满足“强节点,弱构件”的抗震设计原则。

考虑弯曲应力占比的矩形钢管K型节点疲劳评估

为提高S-N曲线法与断裂力学法等疲劳评估方法的准确性,探讨了矩形钢管K型节点在支管拉压平衡荷载作用下的弯曲应力占比计算方法。首先建立了矩形钢管K型节点有限元模型并结合试验进行了验证,然后通过大量的参数分析得出了节点几何参数对弯曲应力占比的影响,最后通过多元非线性回归分析推导出弯曲应力占比的计算公式及考虑工程实际应用偏安全的修正公式,给出了基于断裂力学法的矩形钢管K型节点断裂评估算例。结果表明:建立的模型与试验值相比,弯曲应力占比平均值为1.051,均方差为0.167,两者最大差值仅为7.5%,说明建立的有限元模型可靠;提出的弯曲应力占比计算公式与有限元计算结果相比,其均值为1.073,均方差为0.055,变异系数为0.051,相对差值在10%之内,验证了拟合公式的可靠性;考虑实际工程偏安全应用,在99.73%的保证率下提出乘以0.93倍的安全系数对弯曲应力占比计算公式进行修正;当热点应力相近,弯曲应力占比降低39.3%时,疲劳寿命会降低10%,膜应力变大时会导致其裂纹尖端具有更大的应力强度因子而加快了裂纹扩展的速率。

大直径、长负空段旋挖桩充盈系数控制技术研究

针对大直径、长负空段旋挖桩施工,以常规的充盈系数控制方法为基础,对大直径旋挖桩施工充盈系数大,长负空段超灌高度控制难,混凝土超灌高度不够难以保证桩头质量,超灌高度过高造成混凝土浪费、充盈系数大等难题,通过定位放线控制、钻孔过程定位控制、钢筋笼制安吊装控制、混凝土浇筑过程控制等技术,达到精准控制充盈系数的目的。

X形圆钢管相贯节点平面内受弯抗震性能试验研究

为了研究X形圆钢管相贯节点的平面内受弯抗震性能,进行了支主管直径比β不同的2个正交X形节点(支主管夹角θ=90°)和2个斜交X形节点(θ=55°)的平面内受弯滞回性能试验,并进行了有限元分析。结果表明:四个X形节点均表现出良好的抗震性能,均为相贯线附近主管管壁开裂破坏,均以主管管壁的塑性变形及开裂后裂纹扩散为主要抗震耗能模式。对比之下,提高支主管直径比β能显著提高X形节点的平面内抗弯承载力、延性和耗能能力;正交节点在正、负弯矩作用下的承载力及延性均较接近;斜交节点在负弯矩作用下的承载力大于在正弯矩作用下的承载力,但其在正弯矩作用下的延性更好;β较大斜交节点在正、负弯矩作用下的承载力及延性的差异比β较小时更明显;无论是β较大还是β较小的X形节点,斜交节点的能量耗散系数小于相应的正交节点;当夹角θ较小(≤55°)时,采用因子1/sinθ略偏保守地估计支主管斜交对节点负向平面内抗弯承载力的加强作用,但高估了支主管斜交对β较大节点的正向平面内抗弯承载力的加强作用。