厚板柱钢框架梁柱节点对断裂韧性的要求

为了研究厚板柱钢框架梁柱节点对材料断裂韧性的要求,进行了三维弹性和弹塑性断裂力学有限元计算.以裂纹尖端的应力强度因子KI和JI为评价指标,分析了焊接工艺孔形式、梁翼缘削弱或加强和初始裂纹位置等因素对梁柱节点断裂韧性的不同要求.结果表明:美国北岭地震后改进的焊接孔B对断裂韧性的要求最低,而我国《建筑抗震设计规范》规定的焊接孔D对断裂韧性的要求相对较高;与标准型节点相比,梁翼缘削弱或加强型节点能显著降低对断裂韧性的要求;当焊接高匹配时,热影响区裂纹比焊根裂纹更易于扩展,并导致节点的断裂破坏.钢框架梁柱节点断裂评估定量方法为节点防断设计中钢材与焊材的选材、焊接孔与节点形式的选用提供了参考.

钢桥面板顶板与U肋接头疲劳效应分析

针对钢桥面板顶板与U肋焊接接头,开展疲劳应力有限元分析,研究该构造细部的疲劳效应,为钢桥面板抗疲劳设计与维护提供参考。建立了钢桥面板板壳单元模型,以焊趾处热点应力为指标,分析过焊孔对接头受力影响以及轮载作用下顶板应力历程及应力幅值。结果表明,板壳单元有限元模型局部细化网格尺寸不超过1.0倍顶板厚度,可得出稳定的热点应力计算值。过焊孔的设置削弱了横隔板对顶板的支撑作用,使过焊孔区域顶板应力有所增大。不设置过焊孔时,接头处由于存在较大几何与刚度突变,应力集中更加明显。热点应力对轮载的横向位置比较敏感。轮载在纵桥向与横桥向的应力影响范围都比较小,可忽略车轴、轮重及车辆间的应力叠加效应。

钢构造梁扩翼接头之耐震行为

传统抗弯构架之梁柱接头梁腹板以螺栓接合而梁翼板以全渗透焊接于柱,在北岭及阪神地震的侵袭下,梁柱接头处发生严重脆性破坏。本研究针对钢梁连接H型钢柱之接头,以扩大接头处梁翼板宽度之改良方式,改善扇形开孔处与梁翼全渗透焊道之应力集中现象。藉由参数研究确立各设计参数,制作六组实尺寸试体进行试验。试验结果显示,扩翼式梁柱接头试体可降低梁柱接头处发生脆性破坏之可能,而皆可产生塑性铰,提供优良且稳定之弯矩强度及韧性能力。

扇形焊接开孔于钢骨梁柱接头耐震行为之影响

扇形焊接开孔为进行梁翼板全渗透开槽焊接时所需之工作孔。然而,实尺寸梁柱接头试验证实,传统梁腹板锁螺栓及梁翼板全渗透焊接之钢构造梁柱接头,常于扇形开孔处发生突然性之脆性破坏。本研究采用非线性有限元素分析方法,探讨扇形焊接开孔于钢骨梁柱接头耐震行为上之影响,包括扇形开孔几何形状对接头区力学行为之影响。分析结果显示,平顺接至梁翼板之扇形开孔能将最大塑性应变之发生位置移离扇形开孔根部,减少因几何形状不连续所造成之应力集中现象,降低局部区域之韧性需求;无扇形开孔之梁柱接头可避免有扇形开孔之缺陷,大幅的改善梁柱接头之韧性行为。

过焊孔衬板对梁柱节点断裂性能影响的试验研究和力学性能分析

为研究过焊孔衬板连接焊缝对梁柱连接节点断裂性能的影响,设计了3个栓焊混合连接边柱节点试件进行低周往复加载试验,研究试件的断裂特性及极限承载能力,建立三维有限元计算模型,以Ⅰ型裂纹尖端应力强度因子KⅠ和J积分作为评价指标,对比分析了过焊孔衬板连接焊缝对节点断裂性能的影响。研究结果表明:过焊孔衬板带双边焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数和极限承载力与带单边焊缝节点试件的对应值相比,分别提高了29%、31%和23%;过焊孔衬板带四边围焊缝节点试件的延性系数、等效粘滞阻尼系数和极限承载力与带单边焊缝节点试件的对应值相比,分别提高了70%、47%和33%。过焊孔衬板采用双边焊和四边围焊可以改善对接焊缝处的应力状态,将应力峰值外移至梁翼缘母材处,减缓对接焊缝的开裂;采用四边围焊对防止对接焊缝端部发生脆性开裂的效果更为明显,可显著降低缺陷尖端处的I型应力强度因子KⅠ值及JⅠ值。

未补强焊接梁柱接头之应用于箱形柱

探讨钢结构特殊弯矩构架梁柱接头的耐震行为,梁柱接头采用未补强焊接梁柱接头,特点在于厚梁翼板、箱形柱断面、且焊接扇形孔采用美国AWS的建议,以盼能提供良好的韧性行为。以试验方法进行两组实尺寸试体的试验,梁柱子结构承受反复载重。试验结果显示,两组试体皆可达4%弧度层间变位角,梁发展塑性弯矩强度;破坏肇因于梁翼全渗透焊道裂缝造成的撕裂。研究成果提供预审合格梁柱接头更广泛的实务应用。

具有不同焊接孔的梁柱焊接节点非线性分析

为了研究不同的焊接孔对节点延性的影响,对具有不同焊接孔的梁柱焊接节点进行了循环荷载作用下的非线性分析。通过改变焊接孔的外形和尺寸来获得不同的有限元模型,节点的延性以焊接孔与梁翼缘相接处的几个力学参数来衡量。分析结果表明,采用中国建筑抗震规范推荐的焊接孔在焊接孔根部产生相对较大的累积塑性应变,而美国FEMA推荐的焊接孔在根部具有较高的三轴比,文献资料中的试验数据证明了结论的正确性。

过焊孔对H型钢柱梁节点受力性能的影响

针对过焊孔对柱梁节点受力性能影响的相关研究较少,通过试验和有限元分析,研究过焊孔对T形柱梁节点各组成部分的力学性能的影响。结果表明:增大节点域的强度,不利于构件的变形性能,但可以提高构件的最大承载力。柱梁节点处过焊孔影响分析模型(analysis model,AM)的梁弯矩荷载分布。在梁柱节点的梁端部位,因过焊孔应力易集中,梁腹板弯矩荷载偏大。在梁端轴向0~80 mm范围内,梁腹板弯矩荷载相对小,其中,梁端轴向接近35 mm处的梁腹板弯矩荷载最小。在梁端轴向0~80 mm范围内,梁翼缘弯矩荷载相对大,这是由于受过焊孔影响引起的梁腹板承载能力递减、过焊孔周围应力易集中及外荷载作用不变等原因导致的;且梁腹板承担的荷载越小,梁端轴向对应处的梁翼缘承担的荷载越大。节点域强度变化与AM模型的梁端腹板承担的剪力荷载呈正相关,节点域强度越小,梁端腹板承担的剪力荷载也越小。

扩大圆弧形焊接孔对工字形柱弱轴连接节点抗震性能的影响分析

为了研究扩大圆弧形焊接孔对工字形柱弱轴连接节点的抗震性能,建立了1个标准扩大圆弧形焊接孔节点和5个焊接孔长度不同的扩大圆弧形焊接孔节点模型,应用有限元软件ABAQUS对这些节点进行了循环荷载作用下的力学性能分析,研究了节点的破坏形态、梁翼缘焊缝的应力分布、滞回性能、延性性能和耗能能力。研究结果表明,扩大圆弧形焊接孔节点能有效地降低梁翼缘焊缝处的应力水平,焊接孔长度在65～75 mm时,焊缝应力至少降低25.28%,焊接孔区段梁翼缘发生屈曲而形成塑性铰,而且延性系数均大于3.0,从而满足了"强节点弱构件"的抗震设计要求。

部分熔透焊与填角焊区域过焊孔开设方式

针对海洋工程建造过程中对过焊孔端部缝隙采用包角处理导致包角处的过焊孔边缘不光滑,易产生应力集中的现象,对比规范要求,提出针对该问题的全熔透过渡和变通包角两种不同处理方法,并通过现场试焊和有限元分析模拟的方式检验新提出方法的可行性。所提出的两种方法可为后续项目提供该类型问题的解决思路。

单壳油轮改装的施工设计

单壳油轮将要逐步淘汰出油运市场,将其改造利用是一种比较理想的途径,文章主要介绍将单壳油轮改造成双壳油轮、双壳散货船、矿砂船等3种类型船舶改装的施工设计。

改进扩大型焊接孔梁柱节点子结构动态抗倒塌性能研究

对试验中采用改进扩大型焊接孔的2个钢结构全焊接梁柱节点分别施加静力荷载和落锤冲击作用,以模拟得到子结构的静、动态倒塌响应,考察静态和动态两种不同加载方式对此类梁柱节点抗倒塌性能的影响。通过试验获得节点的破坏模式及其冲击作用和位移时程曲线等,分析冲击过程中静、动态响应规律以及节点转动能力。试验结果表明:改进扩大型焊接孔构造的节点,其主要破坏形态是钢梁上翼缘屈曲,下翼缘纵向塑性拉伸大变形以及沿焊接孔边缘的开裂等。另外,改进后的焊接孔构造对节点转动性能的影响显著; 2个节点均具有良好的转动性能,其最大转角远超过FEMA 351标准抗倒塌设计的转角限值(θ=0.064 rad)要求。对比以往研究成果,给出了冲击作用下刚性节点的归一化冲击能与转角拟合公式。采用ABAQUS软件建立了扩大型焊接孔构造节点的有限元分析模型,通过不同加载时刻子结构内力分布情况可知,冲击加载初期的局部响应对节点子结构的整体响应影响可忽略,表明采用落锤冲击加载方法研究结构抗倒塌具有可行性;通过分析节点在冲击作用下内力发展规律可知,改进扩大型焊接孔构造节点良好的转动性能有利于悬链线的形成。

过焊孔衬板焊缝对钢框架梁柱节点断裂性能的影响研究

设计了5个高强钢T型节点试件,采用拉卸循环加载试验和有限元数值分析方法,研究其过焊孔衬板焊缝对节点断裂性能的影响;基于T型连接件研究基础,设计了3个钢框架梁柱节点试件,采用低周循环往复加载试验方法研究过焊孔衬板焊缝对梁柱节点断裂性能的影响。结果表明:高强钢T型连接件中过焊孔衬板焊缝对试件断裂性能影响显著,当过焊孔衬板采用双边或四边焊缝时,在极限荷载下可将试件焊缝处的应力峰值移至腹板区域,与传统过焊孔衬板单边焊缝试件相比,其塑性变形能力得到显著提高;将钢框架梁柱节点传统过焊孔衬板焊缝改为双边或四边焊缝后,其节点延性、极限承载能力均得到有效改善,与传统过焊孔衬板单边焊缝试件相比,采用双边焊缝节点试件的延性系数、极限承载力分别提高约29%、23%;采用四边焊缝节点试件的延性系数、极限承载力分别提高约70%、33%。

不同焊接孔形式梁柱节点的抗震性能分析

梁柱节点局部构造对钢框架结构抗震性能影响显著,为了全面地对比分析不同焊接孔形式及尺寸对焊接节点抗震性能的影响,采用通用有限元软件ANSYS建立节点的非线性有限元模型。通过建立的5种不同焊接孔形式及尺寸的梁柱节点模型,与标准焊接孔节点模型对承载力、滞回性能和塑性损伤指数进行分析对比,探讨焊接孔形式及尺寸对节点抗震性能的影响。分析结果表明:焊接孔的形式及尺寸对节点滞回性能有较大影响,焊接孔的局部形式会造成节点不同的累计损伤效果。结论对于工程应用有重要的参考意义。