Combined Cycle Fatigue Testing with Ultrasonic FrequencyComponent of S350 Steel Welded Joint

A combined cycle fatigue （CCF） testing system with ultrasonic frequency component was developed toevaluate the CCF properties of S350 steel welded joints in this study. The fatigue testing results indicated that the S-Ncurves of CCF did not have fatigue limit, which agreed with those of pure high frequency fatigue of welded joints. TheS-N curves showed that the CCF strength of welded joints dropped greatly with the increasing interaction between highand low frequency fatigue loading. An approximation design method of CCF was presented using amplitude envelopeas the stress range.

马鞍山长江公铁大桥Z3号桥塔施工关键技术

巢马城际铁路马鞍山长江公铁大桥主航道桥为(112+392+2×1120+392+112)m三塔钢桁梁斜拉桥,Z3号桥塔为超高多肢钢-混组合塔,高308 m。上塔柱钢结构高87.5 m,分13个吊装节段,最重505 t;中、下塔柱混凝土结构高217.5 m,分38个节段液压爬模施工;钢-混结合段高3 m,内部采用PBL键+剪力钉+高强度钢锚杆+高强度混凝土结构形式。在中塔柱设置钢管临时横撑控制塔柱线形及应力;下横梁采用落地支架法分层施工,与对应塔柱同步浇筑;钢-混结合段混凝土采用C60细石补偿收缩混凝土+高强度灌浆料,保证了混凝土施工质量;采用工厂“2+1”立体匹配制造、“提升站+运输栈桥”钢塔节段转运等技术,并研制15000 t•m超大型塔吊,实现了钢塔柱大节段的制造、整体滩地运输和吊装;钢塔节段间采用栓焊组合连接形式,通过设置工艺隔板、双面坡口等措施控制了钢塔焊接变形;利用定位桁架临时锁定钢塔合龙段实现了钢塔的精确合龙,定位桁架受力及变形均满足要求。

装配式钢板-混凝土地下粮仓螺栓-焊缝节点受弯承载力分析

装配式钢板-混凝土组合地下粮仓具有节约土地、节能减碳、绿色环保、密闭低温等优点,但是连接节点的结构形式和力学性能仍是制约其发展及推广应用的关键难题之一。为解决节点焊缝过多、施焊难度大等问题,该研究提出一种新型装配式钢板-混凝土组合地下粮仓螺栓-焊缝竖向节点,采用螺栓代替部分焊缝,减少焊缝长度、方便构件施工。依据规范要求及实际工程情况,设计了2种不同螺栓数量(单侧三螺栓连接和单侧五螺栓连接)的螺栓-焊缝竖向节点试件,利用四点弯曲试验与有限元数值分析,研究其破坏形态和受弯承载力性能。结果表明:三螺栓试件与五螺栓试件承载力的试验值分别为1998、2053 kN,两试件承载力基本相同;相较于五螺栓试件,三螺栓试件在破坏后具有更好的延性。在参数取值范围内,混凝土强度、内防水钢板厚度、外防水钢板厚度和内衬钢板厚度对峰值荷载回归得到的标准化系数(Beta)分别为0.993、-0.003、-0.012、0.056,表明增加混凝土强度可有效提高试件承载能力。研究成果可为装配式钢板-混凝土地下粮仓节点的设计提供科学参考和设计依据。

装配式钢框架柱法兰栓焊连接节点受力性能试验研究与有限元分析

为研究一种新型法兰栓焊连接柱节点在多高层钢结构中的工程应用,对3个法兰连接足尺模型试件进行了静力加载试验,并建立ABAQUS有限元模型对其进行对比论证以及理论分析。分析结果表明:新型法兰栓焊连接节点受力性能良好,对比传统法兰连接节点其刚度和承载力均有所提升;新型法兰栓焊连接节点的破坏模式有所改善。得出了不同焊缝尺寸下新型法兰栓焊连接节点的螺栓与焊缝承受弯矩的受力分配比,试验结果与有限元分析结果具有较好的一致性。

钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌能力研究

该文基于ABAQUS/Implicit建立了钢管混凝土柱-H形钢梁栓焊混合节点抗连续倒塌数值模型。为提高该类节点的抗倒塌承载力,采用了波纹腹板H形钢梁和下翼缘加腋构造。分析该类节点在竖向荷载作用下的破坏特征和失效机理,并考虑波纹腹板的“折叠效应”对节点抗倒塌能力的影响。研究结果表明,钢管混凝土柱-平腹板H形钢梁节点(J-WB-O)的破坏出现在环板和钢梁连接位置,而钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁加腋节点(J-CW-AP)的破坏远离环板与钢梁连接位置,延缓了钢梁下翼缘断裂;此外,J-WB-O节点钢梁全截面提供倒塌抗力,而J-CW-AP节点在加载初期波纹腹板几乎不提供倒塌抗力,当下翼缘断裂后波纹腹板开始受力,并且随着裂缝的向上延伸波纹腹板截面依次呈现受拉状态,表现为波纹腹板波纹逐渐拉开的过程即为“折叠效应”,延缓了腹板开裂和局部屈曲。对比普通栓焊混合节点J-WB-O,波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点J-CW-AP的极限承载力与延性分别提高了67.2%和62.3%。基于抗力机制分析,给出了钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌承载力简化计算公式。

横向与轴向联合载荷作用下螺栓连接松动特性分析

螺栓连接结构通常受到横向和轴向联合循环载荷作用,其松动行为相比于横向或轴向单向循环载荷作用更为复杂。应用有限元方法,建立考虑螺纹旋转特性的三维螺栓连接数值模型,计算分析螺栓连接在不同横向和轴向谐波激励载荷幅值、装配预紧力、接触面摩擦因数等因素影响下的螺栓连接松动行为,获得了可对螺栓临界松动载荷进行预测的螺栓松动速率相对横向和轴向载荷幅值的数学模型。研究结果表明:当横向激励载荷幅值小于一定量值时,轴向激励载荷幅值增大会加快螺栓松动;当横向激励载荷幅值大于一定量值时,轴向激励载荷幅值增大会抑制螺栓松动。另外,预紧力、界面摩擦因数越大,横向载荷幅值越小,螺栓越难松动。相比单独横向载荷作用,联合载荷作用下螺栓松动速率对载荷幅值、预紧力、摩擦因数更敏感。研究深化了横向与轴向联合载荷作用下螺栓松动行为的认识。

大跨钢管混凝土拱桥拱肋新型栓焊节点偏压力学性能研究

随着拱桥跨度和施工海拔高度增加,拱肋钢管节点焊缝连接施工难度加大,传统连接方式不能满足施工安全性及经济性要求。该文提出一种适用于大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的新型栓焊节点连接形式,通过外法兰螺栓连接与钢管焊接并用,不仅能够充分保证节点连接安全性、大大缩短施工工期,同时由于使用该节点连接形式无需切除法兰盘,因此能够很好地避免传统连接工艺切割节点法兰盘引起拱肋应力重分布所带来的风险。为研究该节点力学性能,该文进行不同连接方式和偏心距下钢管混凝土柱节点偏心受压缩尺试验,考察钢管混凝土栓焊、焊接节点在偏心受压下的失效模式、荷载-位移曲线、截面应变分布、侧向挠度等力学性能指标。基于试验建立较准确的有限元模型,考察钢管强度、核心混凝土强度、含钢率及偏心率对钢管混凝土栓焊节点柱偏心受压力学性能的影响。结果表明:栓焊连接形式可显著提高节点刚度和稳定性,有效避免节点处产生鼓曲变形;小偏心下钢管混凝土栓焊节点较焊接节点承载力更优,符合拱桥拱肋小偏心受压设计理念。

穿心板式钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点力学性能分析

该文提出两种适用于窄截面钢管混凝土柱的穿心板式栓焊节点,两种节点的下翼缘和腹板采用螺栓连接,上翼缘采用焊接连接。该节点既能有效避免室内凸角的出现,又能解决全螺栓连接节点需要预留安装缝、节点刚度偏低的问题,同时具有可快速装配、方便混凝土浇筑等优点。该文阐述了节点的构造、加工及装配过程、设计原理;基于单调加载试验建立有限元模型,分析了该节点的受力过程、破坏模式、刚度和延性。结果表明:有限元模型分析结果与试验吻合较好;穿心板式栓焊连接节点的主要破坏模式为梁受压翼缘的屈曲及相邻腹板的鼓曲,节点塑性铰远离节点核心区,符合强节点弱构件的设计原理;节点属于刚性连接,具有较大的刚度和承载力、较好的延性。

多源激励对联合收获机螺栓连接处振动特性试验研究

联合收获机各部件通过螺栓及其连接件相连,在工作过程中互相影响、互为激励源并且冲击、磨损和不平衡碰撞较为严重。研究了螺栓连接处松动程度及主要振动,提取了工作过程中联合收获机主要工作部件螺栓及连接件处响应时域特征,分析了螺栓及其连接件主频及倍频响应。结果表明,在正常工作过程中振动筛边缘螺栓各时域特征数值均处于极高水平,并且频率成分也较为复杂。其余测点频率集中主频34.7195 Hz及倍频无明显边频带产生,但振动筛螺栓除本身主频2.302 Hz及其高倍频外,不受发动机转频及其倍频影响。可以得出,振动筛螺栓连接处受载最严重与复杂,为振动筛处螺栓及连接件防松和失效在线监测奠定了基础。

焊后混合胀工艺试验及应用

在某高压管壳式换热器建造过程中,管板与换热管连接采用了焊后混合胀工艺,即先焊后胀,胀接采用液压胀加机械胀的混合胀工艺。液压胀具有柔性胀接方法的应力均匀、抗应力腐蚀强和易于胀入孔槽等特点,而机械胀能够保证所要求的胀度和消除液压胀残余的轴向应力。胀接工艺试验通过耐压循环试验、氦检漏试验以及拉脱力试验等验证合格,最终用于产品证明该工艺满足换热器的技术要求。

应变强化下奥氏体不锈钢焊接方法研究

为探索适用于铁路运输罐箱等压力容器制作的应变强化下奥氏体不锈钢焊接方法的优劣,采用SAW、SMAW、GTAW、PAW+GTAW组合焊4种焊接方法进行焊接试验,将焊接接头进行预拉伸应变强化处理后,通过力学性能试验和宏观金相试验,对应变强化后的焊接接头进行对比研究。结果表明,PAW+GTAW焊缝接头性能最优且焊接效率高,应变强化条件下的压力容器环、纵缝适用PAW+GTAW进行焊接,焊缝的返修修补、部件小焊缝适用GTAW和SMAW,SAW不适于用应变强化压力容器焊接。

摩擦叠焊单元成型质量影响因素研究

摩擦叠焊单元成型的工艺参数对接头表面成形及其性能有着决定性的影响。进行了大量焊接工艺试验,考查了各种参数组合下的焊接接头质量,对比各焊接参数下接头的微观组织、宏观形貌和焊接压力,分析缺陷出现的原因并提出改善方法。结果表明:主轴转速在3500r/min以上,焊接速度40mm/min以上的范围内,得到的焊接接头组织致密均匀,缺陷少;圆头圆底的形状组合能带来比其他组合更好的接头质量。焊缝区域材料在接头底部"过渡区域"的流动性较差,而且缺陷大多出现在此,采用圆头圆底形状组合能够明显改善这一现象。焊接压力变化也对焊接质量影响很大,在合适的参数组合作用下,得到的焊接压力变化过程与实际焊接过程中金属材料的加热、塑化、凝固的变化过程对应。

钢梁栓-焊混合连接节点性能试验

为实现工业化建筑快速施工的目标,设计了钢梁现场翼缘对接栓-焊混合连接节点.此节点在拼接处梁的下翼缘及近下翼缘的腹板上焊接法兰板,通过高强度螺栓连接;法兰板上部焊接加劲板,加劲板同时焊接于梁腹板上;腹板采用高强度螺栓连接,上翼缘待腹板和下翼缘安装完成后现场俯焊.为考察此节点在地震作用下的极限承载力、滞回性能及失效模式等性能,设计了3个试件进行单向及低周往复加载试验.试验结果表明,梁节点具有很好的延性转动能力,转角最大可达0.095rad,延性转动后摩擦型螺栓变成承压型高强度螺栓,强度还有一定的提高.最终节点失效是由于连接法兰板的螺栓松动,法兰板缝隙发展,导致螺栓滑丝松动而失去承载能力.

6061-T4铝合金T型接头搅拌摩擦焊工艺

采用搅拌摩擦焊方法成功获得3种不同组合形式(搭接/对搭接/对接)的6061-T4铝合金T型接头。对接头的焊接缺陷、微观组织、硬度分布及抗拉强度分别进行观察和测试。结果表明:在前进侧圆角过渡区或筋板焊核区,3种接头均容易出现隧道缺陷;弱结合缺陷由于塑性变形偏离原始连接界面而向筋板或者壁板前进侧偏移;与常规搅拌摩擦焊对接搭接接头不同,T型接头沿筋板方向出现热机影响区和两个圆角过渡区;软化区域和弱结合是导致沿壁板拉伸强度降低的主要原因,而弱结合和隧道缺陷是引起这3种T型接头沿筋板方向断裂的重要原因。

加固用钢结构栓焊并用连接承载性能研究

栓焊并用连接节点在钢结构加固工程中具有很好的应用前景,但螺栓连接与焊接连接的刚度和延性的差异,使得栓焊并用连接受力性能复杂,其承载能力并不是螺栓连接与焊接的简单叠加。进行了高强度螺栓摩擦型连接与侧端部角焊缝并用连接试件承载性能的试验研究,得到了摩擦型高强度螺栓连接与角焊缝焊接的并用连接试件的承载力与螺栓和焊缝承载力的关系,分析了栓焊并用连接节点的承载性能。结果表明,高强度螺栓摩擦型连接与侧焊缝焊接连接在一定的强度范围内可以很好地共同工作。根据试验结果提出了栓焊并用连接节点的设计建议。

中国人民大学世纪馆钢网架设计

中国人民大学世纪馆屋面结构采用四面悬挑的正放四角锥二层网架结构 ,跨中为三层。在满足建筑造型和实用功能的前提下 ,结构外露 ,充分体现了钢结构轻巧、大方的优点。结构设计时 ,分别对采用焊接球节点网架和螺栓球节点网架进行了详细的计算和比较 。

南京长江第三大桥钢塔柱设计与加工

南京长江三桥钢混结合区置于索塔下横梁顶面。为避免涡激振动和驰振,通过10种切角方案和3种切角形式断面不同攻角情况下风洞试验对塔柱进行选型,并在塔端设置一组制振设备,以控制索塔架设过程中的振动。节段连接采用高强度螺栓。使用ANSYS程序进行结构有限元分析,对最不利的施工状态进行检算。在工厂制造板块和锚箱,在工地组焊钢塔柱节段,在桥位进行钢塔柱节段安装。通过焊接评定试验,确定焊接工艺和焊接顺序,采用大型数显端面加工落地铣镗床和精密测量设备,确保加工精度。

轴力和弯矩共同作用下焊接空心球节点承载力研究与实用计算方法

国家游泳中心“水立方”多面体空间刚架结构中 ,杆件除承受轴力外 ,还承受相当大的弯矩 ,但目前规范对焊接空心球节点在轴力和弯矩共同作用下的设计方法尚属空白。本文采用理想弹塑性应力 应变关系和Von Mises屈服准则、同时考虑几何非线性的影响 ,建立了焊接空心球节点的有限元分析模型 ,对承受轴力、弯矩及两者共同作用的空心球节点进行了大量的非线性有限元分析。通过典型节点的试验研究 ,直观了解节点的受力性能和破坏机理 ,并验证了有限元模型的正确性。文中还推导了基于冲切面剪应力破坏模型的节点承载力的简化理论解。最后 ,综合简化理论解、有限元分析和试验研究的结果 ,提出了轴力和弯矩共同作用下的节点承载力实用计算方法 ,可供实际工程设计采用 。

双周疲劳载荷作用下焊接接头线性累计损伤分析

采用自制的超声频分量双周疲劳(CCF)试验装置,对16Mn的焊接接头试件进行低频疲劳载荷与超声频分量(高频)载荷复合加载,采用线性累计损伤理论来估算双周疲劳载荷作用下16Mn对接接头的疲劳寿命,并计算两个疲劳载荷分量各自造成的累计损伤比例.结果表明,使用Miner法则计算双周疲劳试件的疲劳累积损伤时,如果高低周疲劳载荷只是简单按照比例计算,会严重低估两个分量疲劳载荷之间的耦合作用;而低周疲劳载荷按外包络线计算的方法则能够很好的考虑到高低周疲劳载荷间的耦合作用.

网架结构在悬挂吊车作用下疲劳问题研究进展

在悬挂吊车作用下网架结构的疲劳问题备受工程界和学术界的关注,但网架结构是否存在疲劳问题,如何进行疲劳验算,《网架结构设计与施工规程》(JGJ7-91)以及《钢结构设计规范》(GB50017-2003)之中至今尚无明确规定,这极大地制约网架结构在工业厂房中的推广应用.本文广泛收集并列举了52例国内设置悬挂吊车的网架结构工程事例,明确提出网架结构在悬挂吊车作用下应该进行疲劳验算的论据.高度概括了20多年来国内学者针对网架结构常用的焊接空心球节点以及螺栓球节点疲劳性能所取得的理论与试验研究成果.最后,指明了网架结构在悬挂吊车作用下疲劳问题亟待解决的热点以及研究的有效途径.