考虑结合面影响的弯矩载荷下法兰螺栓载荷计算方法

针对法兰结构的结合面和螺栓共同承受外部弯矩载荷,基于梁的纯弯理论,依据梁的弯曲平面假设及单向受力假设,提出一种基于法兰整体惯性矩的螺栓载荷分析方法。该方法通过计算法兰结构在弯矩载荷下法兰结合面、螺栓的整体惯性矩,再根据弯矩载荷计算最大螺栓载荷。该方法根据法兰结合面尺寸、螺栓分布计算螺栓载荷,不受法兰结构形式的影响。采用该方法、有限元法、中心回转计算法、偏心回转计算法对典型法兰结构在弯矩载荷下的螺栓受力进行分析,该方法与有限元分析方法计算结果一致,相对于其他方法具有更高的精度。将该方法、中心回转计算法、偏心回转计算法应用于带有翼板的法兰结构,该方法得到的螺栓载荷相对较小。

不同截面形式钢-混组合梁桥面板横向受力性能分析

为研究不同截面形式对钢-混组合梁桥面板横向弯曲效应的影响,以山东九龙东枢纽天桥为背景进行研究。采用有限元软件建立4种截面主梁(波形钢腹板工字梁、波形钢腹板箱梁、平钢板工字梁及混凝土箱梁)精细化模型,对比分析轮载作用数量、轮载横向作用位置对桥面板有效分布宽度的影响,同时对自重、轮载作用以及二者共同作用下的桥面板横向弯矩进行分析,并与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018,简称《桥规》)计算值进行对比。结果表明:双轮载作用下的桥面板有效分布宽度明显大于单轮载作用下的桥面板有效分布宽度,横向设计时应考虑轮载作用数量对桥面板安全设计的影响;钢-混组合梁桥面板有效分布宽度计算时,当轮载作用在横向跨中、支承附近处,采用《桥规》计算,当轮载作用在支承、悬臂板处,建议桥面板有效分布宽度修正系数分别取0.60、1.50;建议波形钢腹板工字梁、波形钢腹板箱梁、平钢板工字梁桥面板弯矩修正系数在轮载作用下分别取0.60、0.60、0.65,在自重、轮载共同作用下分别取0.55、0.55、0.60。

酸性盐腐蚀球墨铸铁管连接件抗弯性能试验

为了探究酸性氯盐腐蚀条件下的法兰连接球墨铸铁管受弯性能的变化规律,采用酸性NaCl溶液对法兰连接球墨铸铁管通过干湿交替处理后进行受弯试验,对腐蚀试件的极限承载力、屈服弯矩和极限弯矩、应变等方面与标准件进行对比分析.结果表明:干湿循环腐蚀后,球墨铸铁管连接件极限弯矩与屈服弯矩的比值随着干湿循环次数的增多而变小,约在1.2~1.4之间;经100次的干湿循环腐蚀,球墨铸铁法兰管连接件的极限承载力下降了35.13%.经酸性氯盐干湿循环处理后的球墨铸铁管更容易在法兰盘与管体的连接处发生脆性破坏.

考虑横向性能的盾构隧道纵向非线性等效抗弯刚度计算模型

纵向等效抗弯刚度是采用等效连续化模型进行盾构隧道纵向结构分析的关键参数,其在纵向轴力和弯矩耦合作用下具有明显的非线性特征。在既有盾构隧道非线性抗弯刚度理论的基础上,考虑盾构隧道的横向变形特征,建立考虑盾构隧道横向性能的纵向非线性等效抗弯刚度计算模型,基于椭圆积分严格推导纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道在环缝完全闭合、半张开和完全张开3种变形模式下的纵向等效抗弯刚度,并根据中性轴位置方程得到各弯曲模式的临界轴力和弯矩判据,通过与既有解析模型计算结果、模型试验数据和数值计算结果的对比验证了所提出的模型的可靠性。采用该模型开展了纵向轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横向性能对其纵向刚度的影响分析,讨论了理论模型构建时非严格椭圆积分推导的计算误差,并基于该模型提出了附加荷载作用下盾构隧道横纵向变形的耦合分析方法。研究结果表明:该模型的解析推导是准确可靠的;盾构隧道的纵向等效抗弯刚度与其横向刚度密切相关,且为正相关;在压弯状态下盾构隧道纵向等效抗弯刚度随横向刚度的增大而得到明显提升。提出的模型构建了轴力和弯矩耦合作用下盾构隧道横、纵向刚度的匹配性,为盾构隧道横、纵向结构耦合分析搭建了桥梁。

波形耐候钢腹板与混凝土顶板结合部横向抗弯疲劳性能研究

为了解波形耐候钢腹板组合箱梁桥中波形钢腹板-混凝土顶板结合部在横向弯矩下的疲劳性能,以飞龙大桥为背景,制作1个波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件,开展横向受弯疲劳试验。分析结合部试件的疲劳寿命、破坏形态、抗弯刚度变化情况等,并基于线性疲劳累积损伤理论,采用Eurocode 3和AASHTO规范公式评估结合部试件中相关细节的疲劳寿命。结果表明:波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件在最终疲劳破坏前经历了209.14万次的疲劳加载,可以满足结合部横向抗弯疲劳设计的要求;主要的疲劳损伤为连接波形钢腹板与钢翼缘的焊缝出现疲劳裂纹以及混凝土顶板的开裂;疲劳损伤的累积导致试件的抗弯刚度降至初始抗弯刚度的34.4%;采用Eurocode 3和AASHTO规范公式对结合部中细节进行疲劳寿命评估时,Eurocode 3规范公式计算所得的细节疲劳寿命更偏于保守。

附加弯矩对金属O形环法兰密封性能的影响研究

为深入探究附加弯矩对螺栓法兰连接结构密封性能的影响,运用ABAQUS有限元软件对某法兰结构进行数值分析,研究了法兰转角、密封槽轴向位移和金属O形环接触应力随附加弯矩的变化情况。结果表明:附加弯矩会造成法兰受拉侧转角变大,受压侧转角变小,同时受拉侧密封槽轴向位移增大;密封槽轴向位移与上法兰转角在一定范围内存在线性变化关系;金属O形环内侧接触应力随弯矩增加逐渐减小,外侧接触应力受弯矩变化影响较小。

钢-UHPC轻型组合梁负弯矩区接缝抗弯试验

针对传统钢板组合梁墩顶负弯矩区混凝土顶板易开裂的问题,提出了一种预制钢-UHPC轻型组合梁结构,设计了适用于该组合梁墩顶负弯矩区的横向接缝构造,通过强配筋及现浇UHPC材料的方式提高负弯矩区阶梯状T型湿接缝的抗弯、抗裂性能。以云南昌保高速公路某跨线桥为依托工程,对组合梁墩顶负弯矩区进行1∶2缩尺模型抗弯加载试验,分析了加载全过程的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线及截面应变分布、裂缝开展、破坏形态等,结果表明:横梁上部UHPC湿接缝的设置协同横梁构造有效提升了墩顶负弯矩区的抗裂性能;由于新旧UHPC界面钢纤维不连续,使得负弯矩区现浇UHPC与预制梁UHPC桥面板结合处成为结构受力最薄弱位置,组合梁抗弯承载力也由该处截面控制,提出了与横梁接缝结构破坏模式相对应的接缝截面塑性抗弯承载力计算方法,抗弯承载力理论计算值与试验值基本相符。

钢管结构法兰连接节点抗弯承载性能的试验研究

研究了钢管结构法兰连接节点的抗弯承载性能.通过试验方法,采用螺栓应变测量装置,对含4种基本形式的法兰连接节点的试件进行四点弯加载试验,考察了在节点受弯过程中螺栓和法兰板的受力特性.试验得到了其屈服荷载与极限荷载,并且与相应的有限元分析结果吻合良好.试验结果表明,法兰连接节点的受拉区存在明显的撬力作用,刚性法兰连接节点的撬力作用小于柔性法兰连接节点.法兰连接节点的安全储备约为1.2.

柔性法兰节点试验分析及简化计算方法研究

柔性法兰是一种形式简洁、便于施工的钢管连接形式。以柔性法兰节点足尺试验为基础 ,分析柔性法兰在拉弯荷载作用下的受力特点及计算参数研究 ,并提出其简化计算方法。

钢管结构法兰连接节点抗弯承载性能的有限元分析

法兰连接节点抗弯承载性能的研究在国内外几乎是空白,相关的设计方法也不成熟.对4种形式的法兰连接节点,采用通用有限元软件AN SY S,进行了其在弯矩作用下的非线性分析计算.在整体荷载-位移曲线、变形结果和应变结果等三方面,计算结果均与相应的试验结果吻合良好,验证了有限元模型的可靠性.利用此有限元模型,分析了法兰盘V on-M ises应力和接触应力的发展规律.结果表明:随着荷载的增加,法兰盘表现出了明显的塑性发展特征;在进行法兰连接抗弯设计时,可以认为法兰盘压力中心的位置近似恒定.

基于Ansys的外弯矩作用下非金属垫片应力场研究

影响螺栓-法兰-垫片连接系统密封性能的因素有很多,其中非金属垫片应力的大小和分布趋势是很重要的因素。对于非金属垫片,由于理论分析的复杂性和试验分析的局限性,不能较真实地反映外弯矩作用下密封垫片应力的分布及变化。本文利用有限元分析软件Ansys,建立了螺栓-法兰-垫片连接系统的有限元模型,分析了外弯矩作用下垫片应力的分布,并将有限元分析结果与PVRC的实验结果做了比较,结果表明:在外弯矩较小的情况下,有限元分析结果与实验结果较吻合。

单箱室波形钢腹板梁桥横向弯矩计算方法

为较简便地设计出波形钢腹板箱梁(BSW)桥的桥面板,基于框架分析法的基本原理,结合波形钢腹板箱梁的结构特点和力学特性,建立适用于单箱室波形钢腹板箱梁桥桥面板横向弯矩的计算方法,再对波形钢腹板箱梁和混凝土腹板箱梁在相同荷载作用下顶板的横向弯矩进行对比,对几座代表性的单箱室波形钢腹板箱梁桥顶板横向弯矩进行计算分析。研究结果表明:波形钢腹板箱梁桥的桥面板最大横向弯矩远高于同类混凝土腹板箱梁的横向弯矩峰值,提出的单箱波形钢腹板箱梁桥顶板横向设计弯矩的建议值可为今后同类波形钢腹板箱梁桥顶板尺寸拟定及配筋设计提供参考。

承受外弯矩作用的法兰接头性能研究

采用有限元法模拟了垫片的非线性特性,计算了垫片应力及法兰应力。按应力分析设计方法校核法兰;基于PVRC紧密性的计算方法,以垫片应力为判据,关联了外弯矩与接头紧密度之间的关系。

基于ABAQUS的承受外弯矩作用的螺栓法兰连接的参数化研究

以符合GB/T9115.1-2000标准的法兰为例,采用ABAQUS软件对其进行三维数值模拟的参数化研究,研究外弯矩和法兰公称直径对垫片应力及连接泄漏率的影响,确定外弯矩与泄漏率的规律。结果表明,外弯矩使法兰周向应力分布不均匀,随着外弯矩的增大,受拉侧垫片应力减小,单位垫片外周长泄漏率增大;在规定的螺栓载荷作用下,随着法兰公称直径的增大,受拉侧垫片应力增大,单位垫片外周长泄漏率减小。

外弯矩和蠕变对螺栓法兰连接紧密性的影响

螺栓法兰连接是石油化工机械设备等工业装置中最重要的静密封连接形式之一,其失效的主要原因是泄漏。在考虑垫片的非线性和连接结构部件(法兰、螺栓和垫片)蠕变的基础上,采用ABAQUS软件对承受外弯矩作用的螺栓法兰连接结构进行了三维数值模拟,研究了外弯矩和蠕变对连接结构紧密性的影响。研究结果表明,外弯矩使连接结构垫片应力分布不均匀,蠕变进一步加剧了应力分布的不均匀性并使垫片应力减小;受拉侧垫片应力减小导致了连接结构的泄漏。

舰船甲板变形的理论研究

为了研究舰船甲板的变形，对其结构进行了简化，建立了舰船甲板受力的数学模型。分别在横向载荷、总纵弯矩及二者共同作用等3种情形下，对舰船甲板的变形特性进行了计算。计算结果表明，舰船甲板受力变形为mm级；在横向载荷作用下，舰首甲板变形最大；在总纵弯矩作用下，甲板的0．6～0．75间部位变形最大。

铁路活性粉末混凝土槽形梁的空间作用效应

对32 m铁路活性粉末混凝土槽形梁进行三维有限元分析,计算出不同工况下的剪力滞系数,并对剪力滞规律进行分析,研究表明该梁的剪力滞效应较普通混凝土梁更加明显;对其横向和纵向弯矩的空间效应进行分析,对横向弯矩影响线的研究表明,受空间作用的影响,梁上任意一点受力均会在某一截面产生不可忽略的横向弯矩;对纵向弯矩影响线的研究表明空间作用对活性粉末混凝土槽形梁换算荷载的影响在越靠近端部影响越明显,且该影响不可忽略,所以在设计该种梁时需要在靠近端部位置充分考虑空间作用的影响。

考虑翼缘横向弯曲的波纹腹板梁弯曲特性研究

波纹腹板工字钢梁是一种新型的梁结构形式,在面内载荷作用下,这种结构的翼缘会产生横向弯曲作用,导致翼缘弯曲应力复杂化。根据Abbas的横向弯曲理论,求解了面内集中载荷作用下、正弦波纹腹板工字钢简支梁的翼缘横向弯曲应力的解析式,给出了相同条件下其它波形的波纹腹板梁结构的弯曲应力的求解策略,采用有限元技术验证了提出的公式和方法,之后讨论了载荷移动时翼缘总弯曲应力的特性,提出"弯曲强度计算时必须考虑翼缘横向弯曲的作用,但在结构疲劳性能分析时可以忽略其新增的循环载荷的影响"的结论。

波流联合作用下海上输油漂浮软管动力响应分析

海上输油漂浮软管是浮筒和油轮的连接通道,其在波流联合作用下的动力响应直接影响漂浮软管管组的安全。以某海域现役漂浮软管管组为研究对象,利用OrcaFlex软件建立由首管、主管和尾管组成的漂浮软管管组有限元模型,同时考虑法兰力学特性,分析不同波浪及海流参数下管组上各点的最大轴向拉力、最大弯矩和最大曲率值的变化规律,研究各参数变化对漂浮软管动力响应的影响。结果表明:法兰部分对漂浮软管的弯矩和曲率的影响较大,不能忽视该部分的影响;波浪入射角度的变化对漂浮软管最大轴向拉力、最大弯矩和最大曲率影响较大,当波浪入射角度为90°或270°附近时,漂浮软管的轴向拉力、弯矩和曲率达到最大值;有效波高和海流流速变化对整个管组上的最大轴向力、最大弯矩和最大曲率值有较大影响,但波浪周期对其影响较小。本文研究结果可为漂浮软管结构设计和管组布局方案设计提供参考。

刚性法兰在弯矩作用下的有限元分析

主要研究了钢管结构中刚性法兰连接在弯矩作用下的受力性能,应用大型有限元软件ANSYS对刚性法兰盘在弯矩作用下的受力特点进行有限元分析,并将有限元计算结果与DL/T5154—2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》、DL/T5130—2001《架空送电线路钢管杆设计技术规定》的计算结果进行对比,为这2个规定中"刚性法兰节点连接"章节的修编提供参考依据。