机车不锈钢薄壁管自动化焊接工艺研究

根据对不锈钢薄壁管焊接的特点进行分析,本研究旨在评定奥氏体不锈钢的自动化焊接工艺,并详细介绍其评定过程。研究采用了焊前清理、焊接保护、焊接工艺和操作要点等方法进行讨论分析。实验结果验证表明,通过正确操作和合理控制焊接工艺,奥氏体不锈钢薄壁管的自动化焊接工艺是合格的,并能够满足实际生产的需求。

超强薄壁钢管双排脚手架承载性能研究

目的 研究不同搭设参数对超强薄壁钢管双排脚手架承载力的影响,提出一种稳定承载力计算方法。方法 对2组足尺模型进行静力破坏试验,结合结构体系特点,建立考虑杆件初弯曲以及扣件半刚性的有限元分析模型;基于试验结果对数值模型进行验证,并对其进行参数化分析;通过改变搭设参数研究连墙件设置方式、立杆步距、扣件扭转刚度对架体承载力的影响;基于单杆轴压稳定公式提出架体承载力计算方法。结果 在极限承载力相同的情况下,超强薄壁钢管双排脚手架相比传统Q235钢管脚手架质量约降低82.7%,成本约降低70.6%;步距、连墙件设置方式、扣件扭转刚度对承载力有显著影响。结论 超强薄壁钢管双排脚手架体系具有轻质高强、施工效率高、节约成本等优点,有限元和试验结果较为吻合,提出的简化计算公式可为此类结构的设计提供理论依据。

Q345钢矩形管弯曲成型质量的研究

为判断高强钢矩形管绕弯成形参数对弯管质量的影响程度,建立了两种管坯厚度在5种径高比下弯曲不同角度的有限元模型,并对模型的可靠性进行实验验证。研究结果表明:当管件相对弯曲半径R/h0≥3.5时,矩形管壁厚越薄越容易在靠近夹块与镶块一端由于面高度缩减率和壁厚减薄率的变化而发生截面畸变。随着相对弯曲半径逐渐增大,截面畸变受管坯弯曲角度影响较大。同时讨论了相对弯曲半径为3时的弯曲极限角度,两种厚度下,根据弯曲角管件中面最大高度缩减率与最大壁厚减薄率关系得出极限弯曲角度在40°左右,因此在小半径弯曲时,选择合适的弯曲角度能避免造成管坯变形量过大。

冷弯薄壁方钢管轻质混凝土柱轴压性能研究

为解决冷弯薄壁型钢易失稳和产生局部屈曲等问题,本文提出冷弯薄壁方钢管轻质混凝土柱(LCFCSTC),以试验验证为基础,利用ABAQUS有限元软件对LCFCSTC进行非线性有限元分析,对比分析空钢管柱与LCFCSTC的承载能力;同时,研究长细比、钢管厚度和轻质混凝土强度对LCFCSTC性能的影响,分析典型试件的荷载位移与荷载侧向挠度关系曲线、破坏模式和应力分布等。研究结果表明:在冷弯薄壁方钢管内填充轻质混凝土能有效抑制空钢管产生局部屈曲并提高柱子承载力;LCFCSTC均发生整体失稳破坏,承载力随着轻质混凝土强度等级和钢管厚度增大而增加,随着长细比增加,构件的承载力逐渐减小。基于AISC-LRFD规程和Perry-Robertson公式推导出LCFCSTC承载力计算公式,该公式能够很好地计算LCFCSTC的稳定承载力。

薄壁钢管混凝土短柱与薄壁钢管约束混凝土短柱轴压性能试验

以圆形和方形薄壁钢管混凝土短柱及薄壁钢管约束混凝土短柱为对象,研究了外包钢管受力状态对短柱性能的影响及其机理,分析了截面形状对外包钢管受力状态及其对核心混凝土约束的影响。通过CFRP约束对受力性能的研究,进一步揭示了外包材料受力状态对受力性能的影响。研究表明,圆钢管对核心混凝土约束作用强,试件极限承载力较高,其中圆钢管约束柱中钢管的约束作用更加显著,极限承载力大于圆钢管柱;CFRP约束后,极限承载力和变形性能均得到有效改善。方钢管对核心混凝土的约束效果弱,试件极限承载力较低,且方钢管约束柱的极限承载力小于方钢管柱;CFRP约束对其极限承载力无明显提高,但有效改善了其延性。

内置薄壁钢管混凝土叠合柱轴压性能有限元分析

为降低成本和合理化利用材料的性能,提出了一种内置薄壁钢管混凝土叠合柱。在采用有限元软件ABAQUS对该柱进行有限元模拟时,将钢管外混凝土划分为2部分,分别给予不同的本构关系,用以保证有限元模型的精确性;通过有限元模拟分析,研究了混凝土强度等级、径宽比、径厚比,以及钢管屈服强度对内置薄壁钢管混凝土叠合柱力学性能的影响。结果表明,混凝土强度等级以及径宽比对构件力学性能影响较大。

薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能试验研究

通过 2 6根圆形、方形和八边形薄壁钢管混凝土短柱的轴压试验 ,研究了不同截面形状、宽 (径 )厚比、混凝土强度等级、含钢率等参数对薄壁钢管混凝土短柱轴压力学性能的影响。试验表明 ,由于有内填混凝土的支撑作用 ,钢管壁的局部屈曲和屈曲后的性能有很大提高 ,与常规壁厚的钢管混凝土短柱的轴压破坏模式相比也有较大的变化。通过试验数据的回归分析 ,提出了薄壁钢管混凝土短柱极限轴心抗压承载力的实用计算公式 ,探讨了短柱的截面形状、宽厚比、混凝土强度等级。

圆中空夹层钢管混凝土短柱的承载力

针对圆中空夹层钢管混凝土轴压短柱的极限承载力,应用薄壁圆筒的统一强度理论极限解,考虑内圆与外圆中空夹层钢管混凝土的内外钢管薄壁效应,提出了计算公式,与文献资料的试验结果做了比较。同时分析了钢管的径厚比、拉压强度比以及中间主应力对圆中空夹层钢管混凝土柱承载力的影响规律。结果表明:把内外钢管看成薄壁圆筒,推导的极限承载力计算公式的计算值与试验值误差小;极限承载力随着径厚比及拉压强度比的增大而减小,随中间主应力的增大而增大。

薄壁圆钢管再生混合中长柱的轴压与偏压试验研究

通过36根薄壁圆钢管再生混合中长柱的轴压与偏压试验,考察废弃混凝土混合比、钢管壁厚、荷载偏心距等因素对试件受压性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,根据国内外钢管混凝土结构设计标准,对试件的受压承载力进行计算对比。试验和分析结果发现:①采用25%或40%的废弃混凝土替换新混凝土后,钢管再生混合中长柱的受压承载力分别比全现浇钢管混凝土中长柱降低5.77%～9.71%和10.65%～15.63%,但前者的初始刚度、屈服性能和延性特征与后者基本相当;②为使钢管再生混合中长柱的计算受压承载力具有与全现浇钢管混凝土中长柱相近的安全性,可对前者计算结果乘以调整系数0.95;③总体来看,设计标准DBJ 13-51-2003和ANSI/AISC 360-05对轴压试件受压承载力的预测结果相对较好,JCJ 01-89对偏压试件受压承载力的预测结果相对较好。研究表明,薄壁圆钢管柱内放置废弃混凝土块体是废弃混凝土循环利用的一条有效途径。

基于ANSYS Workbench的薄壁筒形件有限元分析

通过运用ANSYS Workbench14.0对食品加工中的不锈钢罐体进行有限元分析,以检验原设计的可靠性,并验证该分析软件在此类设计过程的可行性。为增强筒形件的静力学性能,提出了加纵向加强筋的形式,并对有无加强筋两种形式的罐体进行静力学分析。通过对两种结构模型的总变形量和应力分析结果进行比较分析,证明纵向加强筋可有效提高薄壁筒形件的静力性能。

钢管混凝土轴向受压短柱承载力的统一解

应用双剪统一强度理论,分别对轴心受压钢管混凝土短柱的核心混凝土和薄壁钢管在三向应力状态下的轴向极限应力进行理论分析,得出侧向力对核心混凝土、薄壁钢管和钢管混凝土柱的3个约束效应系数,推导出钢管混凝土轴向受压短柱承载力的统一解。与有关文献的试验结果比较,结论基本一致,证明双剪统一强度理论对钢管混凝土的理论分析有很好的适用性。该推导结果为钢管混凝土承载力分析计算提供了一定的理论依据。

局部屈曲FRP增强薄壁钢管混凝土抗震性能

为了研究FRP(Fiber Reinforced Polymer)增强薄壁钢管混凝土的抗震机理,提出FRP约束钢管局部屈曲应力-应变关系并建立FRP约束钢管恢复力模型,在此基础上建立FRP增强薄壁钢管混凝土柱滞回模型,开展FRP增强薄壁钢管混凝土柱拟静力试验以验证滞回模型的合理性,同时考查FRP布置方式对柱体抗震性能的影响,利用滞回模型对FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能机理进行分析。研究表明,薄壁钢管局部屈曲所导致的强度退化是柱体抗震性能劣化的主要原因,基于纤维力学特性合理设计FRP的增强方式可有效提升柱体的抗震性能。CFRP宜采用环向约束方式抑制薄壁钢管的局部屈曲;GFRP宜采用纵向抗弯方式提高柱体大变形下的承载能力。FRP增强薄壁钢管混凝土的耗能主要由钢管承担,在本文研究参数范围内,薄壁钢管耗能占比超过80%,混凝土耗能介于10%～20%,纵向FRP耗能小于8%,对薄壁钢管实施有效约束后,其耗能可提高40%以上。

薄壁圆钢管再生混合柱的抗震性能试验研究

为研究薄壁圆钢管再生混合柱的抗震性能,完成15根试件在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,考察废弃混凝土取代率、钢管壁厚、轴压比等因素对试件抗震性能的影响。基于新、旧混凝土的组合强度,根据国内外钢管混凝土结构设计标准以及基于ABAQUS的纤维梁单元数值模型,对试件的水平承载力进行计算分析,同时还将试件的水平承载力和极限位移实测值与螺旋箍筋钢筋混凝土柱的OpenSEES计算值进行对比。研究表明:①废弃混凝土取代率在0～40%之间变化对试件的初始抗侧刚度、钢管局部屈曲、极限位移、负刚度段行为、刚度退化效应、等效黏滞阻尼系数、滞回曲线形状都影响有限,但再生混合柱的水平承载力总体上比全现浇柱有所降低;②在钢管壁厚仅1.78mm(径厚比168.5)的情况下,轴压比0.4的再生混合柱的极限位移角可达4%,展示了良好的变形能力;③为使薄壁圆钢管再生混合柱的计算水平承载力具有与全现浇钢管混凝土柱相近的安全性,可对前者计算结果乘以调整系数0.95;④横截面积和总用钢量相同时,薄壁圆钢管再生混合柱的水平承载力大多优于螺旋箍筋柱。研究发现,薄壁圆钢管再生混合柱应用于地震区中、低轴压比情况是可行的。

薄壁圆钢管再生混合柱-钢筋混凝土梁节点的抗震试验与数值模拟

提出一种连接薄壁圆钢管再生混合柱与钢筋混凝土梁的加强环筋节点,开展了6个加强环筋节点和2个内加强环节点的抗震试验,考察废弃混凝土取代率和近节点域构造参数对试件抗震性能的影响。采用ABAQUS程序建立加强环筋节点的有限元计算模型,对试件进行单调荷载作用下的数值模拟。研究表明:①废弃混凝土取代率为33.3%时,试件的破坏形态和滞回曲线形状等与全现浇试件差别很小,但前者的初始刚度比后者略低;②废弃混凝土在钢管内的填筑区域改变对加强环筋节点的力学性能影响有限;③实际工程中厚壁钢管出节点域长度可取为钢管外径的一半;④在设置4根加强环筋的情况下,加强环筋节点具有不低于内加强环节点的初始刚度;⑤加强环筋节点为半刚性节点,厚壁钢管厚度和加强环筋直径对节点刚度影响较大。研究发现,钢管局部加厚的加强环筋节点是一种有效的节点形式,有利于促进薄壁圆钢管再生混合柱在中低层建筑中的应用。

薄壁方型钢管/竹胶板组合空芯柱轴心抗压性能

研究方形薄壁型钢管/多层竹胶板组合空芯柱(Square,thin-walled steel tube/multi-layered bamboo plywood composite hollow column,SBCC)的轴心抗压性能,揭示其受力破坏机理,为其工程应用提供试验和理论基础。考虑试件的截面尺寸、空心率及长细比对SBCC抗压承载力的影响,设计制作了15根轴心抗压试件,通过SBCC的抗压性能测试,考察测试过程中的破坏形态和变形特征,分析各因素对试件轴心抗压力学性能的影响规律。试验结果表明:SBCC轴心抗压失效主要有竹胶合板材料破坏、基体胶结面开胶破坏以及整体失稳破坏3种形态,总体上胶结面间的胶粘强度及长细比是决定破坏模式的主要因素。SBCC的轴心抗压承载力随组合柱竹净截面面积、空心率的增大而显著提高,随长细比的增大而降低。通过试验数据的非线性回归分析,建立了SBCC的轴心抗压承载力计算公式,公式估算结果与试验测试结果的误差在20%以内。该研究结果表明SBCC是一种轴心抗压性能较优异的钢/竹组合结构单元,可实现"以竹代木",作为工程结构用材的应用前景广阔。

薄壁钢管混凝土拱架在隧道支护中的受力特性

结合济南某电缆隧道工程实例,设计5榀薄壁钢管混凝土拱架与1榀格栅钢架。试验探讨钢管壁厚、钢管拼接节点形式、有无混凝土填充对薄壁钢管混凝土拱架力学性能的影响,并与传统的格栅钢架进行比较。研究结果表明:在较短时间内,薄壁钢管混凝土拱架即能使围岩达到稳定,其抗变形能力要优于传统的格栅钢架;与普通套管相比,采用新型插入式灌浆节点连接的支架具有较强的抗变形能力;拱顶、节点以及柱脚位置应变的绝对值较大。采用有限元程序ABAQUS对试件进行分析,计算结果与试验结果吻合良好,计算模型及参数选取合理,可应用于类似工程。

薄壁钢管混凝土长柱轴压性能试验研究

对 8根方形和八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压性能进行了试验研究 ,柱的长宽比为 1 4～ 40 ,管壁板件的宽厚比为 67～ 1 2 5。试验结果表明 ,方形薄壁钢管混凝土长柱的轴压破坏为弯曲屈曲破坏 ,八边形薄壁钢管混凝土长柱的破坏主要表现为强度破坏 ,破坏之前钢管均发生了局部屈曲现象。柱子的承载力随着长细比的增加而显著下降。在薄壁钢管混凝土短柱试验结果的基础上 ,线性回归了方形轴压长柱极限承载力折减系数 ,在上述长宽比的范围内 。

设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱优化设计

目的探索设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱的增强效果,并优化设计其相关参数.方法通过分析9个无肋、单向和双向设置直肋方形薄壁钢管混凝土长柱偏压和轴压的试验结果,用正交试验设计和多元回归分析评价了加载初始偏心距、设置直肋集合长度对长柱极限承载力的影响.结果设直肋薄壁钢管混凝土长柱能达到较高的极限承载力,与无肋的普通钢管混凝土试件相比,偏心距70 mm试件的极限承载力提高了18.7%,偏心距40 mm试件提高了18.4%,轴压试件提高了21.1%.结论正交设计和多元回归分析证明设直肋能显著改善薄壁钢管混凝土的承载力,显示了优异的结构特征.

新型钢管混凝土结构的力学性能与设计理论研究 第十三届全国结构工程学术会议特邀报告

近年来作者对薄壁钢管混凝土、钢管高性能混凝土和中空夹层钢管混凝土等新型钢管混凝土结构进行了研究,并取得初步成果.本文拟在简要归纳和总结这些研究成果的基础上.提出这些新型钢管混凝土结构设计计算的特点和方法,以期为有关工程实践提供参考。

带约束拉杆钢管/竹胶板组合空芯短柱的偏心抗压性能

采用冷弯薄壁方型钢管和胶合竹板通过横向约束拉杆和结构胶黏剂复合成顺纹抗压的组合空芯短柱(thin-walled steel tube/bamboo-plywood composite hollow short column with binding bars,SBCCB),采用9个试件研究SBCCB试件的偏心抗压破坏模式、抗压承载力和影响规律。结果表明,SBCCB试件受压破坏形态主要为柱端开胶破坏、横向约束拉杆之间基体胶合界面开胶剥离破坏和胶合竹板局部压屈破坏;SBCCB抗压极限荷载随胶合竹净横截面积增大而提高,随着长细比和荷载偏心率的增大而降低,随空心率增大而增大;约束拉杆可有效延迟SBCCB的开胶剥离破坏,改变屈曲破坏模式,有助于试件抗压承载力的提高;相对于不带约束拉杆试件,SBCCB抗压极限应力提高约17.64%;局部翘曲随约束拉杆间距减小而减小,相对拉杆间距比3.0以下能确保较小的局部翘曲变形。薄壁钢管和胶合竹板能形成较好的复合抗压结构单元,该批试件平均值抗压强度达到18.54 MPa,展现了优异的抗压性能。SBCCB可作为绿色建筑材料广泛应用于现代装配式工程结构,同时拓展竹材的应用途径,实现"以竹代木,以竹代钢",具有很好的工程价值和应用前景。