高强度螺栓连接的应力集中系数和传力比

本文提出一个计算高强度螺栓应力集中系数及接头螺栓传力比的方法。认为沿接头受力方向螺栓排数为5排时,16Mnq钢高强度螺栓接头应力集中系数约为2.21;排数10排以上时趋近于2.6。同时,随荷载增加两者均是变化的。

摩擦型高强度螺栓长接头螺栓传力比研究

研究摩擦型高强度螺栓接头的受力机理和极限状态 ,通过非线性有限元分析研究了荷载水平、螺栓排数和螺栓间距等因素对头排螺栓传力比的影响 ,得出结论 ,我国正在制定的基于可靠度理论的《铁路桥涵设计规范》送审稿第二稿中将长接头排螺栓传力比由早先几稿中的 0 .35改为 0 .

摩擦型高强度螺栓长接头传力比的计算

摩擦型高强螺栓连接接头在现代钢桥中的应用越来越广泛,为研究各排螺栓的传力比特性,根据文献试验结果及有限元数值模拟结果,对螺栓的荷载滑移曲线进行了拟合,在此基础上建立了长列螺栓群接头的受力简化模型,由变形协调条件,通过求解静力平衡方程组,提出了各排螺栓传力比理论计算方法。为验证该理论方法的正确性,设计了2组螺栓接头,实测了其螺栓传力比,试验结果表明,该文方法与试验结果吻合良好。最后对影响螺栓传力的各参数进行研究,结果表明:传力比与芯板与盖板的板厚比,螺栓排数,孔间距等均有显著关系,当螺栓排数大于5时,建议首排螺栓传力比取0.389。

装配式水泥路面夹环连接式传力杆接缝设计及验证

面向可拆卸装配式水泥路面,提出了一种夹环连接式传力杆接缝,在阐述其特征和基本参数的基础上,选取挠度传荷系数和弯沉差作为指标,使用有限元方法分析了下开口槽、传力杆、夹环构件等参数对夹环连接式传力杆接缝传荷能力的影响,同时分析了夹环连接式传力杆接缝的构件及界面应力的变化规律,得到了合理的接缝参数;此外,通过室内足尺试验评价了夹环连接式传力杆接缝的传荷性能。结果表明,提出的夹环连接式传力杆接缝的传荷能力满足要求,具有一定的工程应用价值。

外包式柱脚传力机理及内力分布研究

为探究外包式柱脚的传力机理及内力分布状况,基于塑性损伤理论建立了外包式柱脚有限元仿真模型。通过模拟数据分析了钢柱在加载过程中各截面内力变化,研究了钢柱与外包层之间的相互作用机制及内力传递机理;对有、无栓钉外包式柱脚的内力分布进行了对比,研究了栓钉在内力传递过程中的作用及影响。研究结果表明,内力通过钢柱与外包层之间界面的接触应力及栓钉的作用力进行传递,在柱脚底部截面钢柱已将大部分内力传递给外包层;栓钉在内力传递过程中发挥了积极的作用,促进了钢柱将内力传递给外包层;布置栓钉有利于减轻钢柱底板下面混凝土的局部承压,改善锚栓的受力状况。

基于传力路径的接骨板结构拓扑优化设计

目的 提出一种相对于传统拓扑优化方法能有效降低应力集中,并进一步提高断骨愈合效果的接骨板拓扑优化设计方法。方法 依据接骨板在断骨-接骨板系统中的载荷约束条件,采用改进的基于传力路径的拓扑优化方法对接骨板结构进行优化设计。随后采用基于偏应变的骨再生模拟模型,对胫骨骨干横向骨折情况进行骨再生模拟,依据骨再生过程数据对优化接骨板的受力状态、固定稳定性及愈合性能进行评估。结果 使用基于传力路径优化方法的优化接骨板在体积分数f=0.55、0.65时,接骨板最大应力分别为55.68、42.23 MPa,相较于传统拓扑优化方法优化接骨板分别降低32.96%、29.95%;骨愈合过程后骨痂平均弹性模量分别为1 439.47、1 355.71 MPa,相较于传统接骨板分别提升145.86%、131.06%。结论 提出的改进基于传力路径的拓扑优化方法,可以用于接骨板结构优化设计,优化后接骨板相比传统拓扑优化方法优化接骨板受力更加均匀,使用安全性更高,骨愈合性能相较传统接骨板有明显提升。研究结果为骨折内固定植入物的优化设计提供了一种新思路和方法。

高速道岔组装式滑床台板传力特征及服役性能研究

为探明高速铁路道岔基本轨轨底疲劳伤损原因,开展组装式滑床台板传力特征及服役性能研究。建立转辙器基本轨受力分析模型,研究两点与平面扣压式滑床台板条件下基本轨轨底应力特征,结合基本轨轨底材质疲劳试验与转辙器组装疲劳试验,评估两点与平面扣压式滑床台板对基本轨服役性能的影响。结果表明:两点扣压式滑床台板使得基本轨轨底形成应力集中,且扣压点对应的轨底下表面以受拉为主;130~190 kN疲劳荷载条件下,两点扣压式滑床台板可使得基本轨轨底最大应力达611.2 MPa,已经超出基本轨轨底疲劳极限,而平面扣压式滑床台板对应的基本轨轨底最大应力为237.5 MPa,相对两点扣压结构降低50%~60%;转辙器结构组装状态对基本轨服役性能影响显著,基本轨轨底应力与尖轨-滑床台接触状态密切相关。

卡塔尔卢赛尔体育场次索结构传力规律研究

卢赛尔体育场屋面索结构采用了轮辐式索桁架、内环索和单层双向索网组合索系,其中轮辐式索桁架和内环索属于主索结构,单层双向索网属于次索结构,主索和次索之间由撑杆连接。研究次索结构中某个索段长度调节时对自身及其他索段的影响,是索力控制和索网成型的重难点。采用降温升温法模拟索长的调节,分析了索长变化时相关索段索力的互相影响关系。当对某个索段进行长度调节时,其径向同轴线的其他索段索力变化不大。变化的索力主要传递到与调节索段首尾相连的其他索段,形成一条传力线,首尾相连的索段索力与主动调节的索力变化趋势一致,索力变化的幅度随着距离的增加而减小。在体育场的不同环向部位,或是在传力线上不同索段进行调节时,上述传力规律均适用。施工过程中的索力调节和索力监测数据验证了次索结构传力规律的正确性和实用性。

混凝土路面传力杆定型化安装工法

在水泥混凝土路面中,为了保证相邻面板之间能够传递行车荷载,防止错台,避免混凝土路面出现不均匀沉降,往往需要在混凝土面板横向缩缝的位置上布设传力杆。文章以广西新柳南高速公路No4项目为例,采用移动式整体下压传力杆排架式装置设计及加工,实现整体布筋,以满足快速布设传力杆的需求;智能化传力杆定型快速安装,自行行走实现整体机械化运转,满足质量控制的需求,后期可升级为槽形装置自动下放传力杆钢筋;传力杆布设固定间距及高程调整装置,在移动式整体下压传力杆排架设置传力杆间距及高程调整的卡槽,满足精准控制距离及埋设深度的定型化快速安装需求。

模板支撑架顶部传力体系的发展与应用

在分析目前国内外模板支撑架顶部传力体系现状及存在问题的基础上,针对立杆中部传力的5种传力体系、桥梁翼缘板模板专用传力体系、转换平台上搭设二次小支架的传力体系,分析了其研究与应用现状,介绍了其传力及构造原理。通过深入了解模板支撑架顶部传力体系的发展与应用现状,可对今后模架技术的开发提供基本思路。

西堠门公铁两用大桥索梁锚固区域受力分析及传力机理研究

甬舟铁路西堠门公铁两用大桥主桥为主跨1488 m斜拉-悬索协作体系桥,主梁由3个流线型扁平钢箱梁组成,斜拉索梁端采用内置于边箱风嘴部位的钢锚箱锚固,钢锚箱与箱梁纵腹板双侧连接。为研究该桥索梁锚固结构的受力特性和焊缝传力机理,确保锚固结构承载安全可靠,选择全桥索力荷载最大的S26号钢锚箱索梁锚固结构进行局部受力研究。采用Abaqus软件建立索梁锚固区域多尺度有限元模型,分析不同施工阶段对索梁锚固结构受力状态的影响,以及索梁锚固结构处于不同索力工况下,锚固区域应力分布和焊缝传力机理。结果表明:钢锚箱锚固结构设计合理、安全可靠;锚箱结构受力相对独立,基本不受梁段施工阶段边界条件变化影响,而与锚箱相连内腹板则存在约17%的应力变化;索梁锚固区域整体应力水平较低,但存在明显的应力集中现象,主要分布在锚箱与腹板相连的6条焊缝附近,且随着索力荷载增大,应力集中现象更为突出;锚箱与腹板相连的6条焊缝分配索力合理,但不同焊缝等效应力沿焊缝方向呈现不同分布形式,且随着索力荷载增大,焊缝等效应力分布特征更加显著。

红层泥岩路基上拱无砟轨道传力杆性能研究

在川中红层泥岩地区CRTS Ⅲ型板式无砟轨道会设置传力杆限制沿线路纵向路基上拱变形,但传力杆对上拱地区无砟轨道的影响规律尚不明确。为了探究传力杆的性能,建立无砟轨道-路基上拱-传力杆有限元模型,在路基底部施加余弦型上拱波形位移作为外部条件,同时在底座板接缝处设置传力杆。将传力杆布置方式、直径、间距作为影响因子,设置无传力杆对照组进行对比分析。针对红层泥岩路基上拱,研究结果表明:1)设置传力杆与不设置传力杆复合板与底座板最大离缝分别为1.14 mm和4.82 mm,底座板与路基最大离缝分别为3.16 mm和5.29 mm,表明传力杆的设置能较好降低最大层间离缝,尤其是复合板与底座板轨道结构之间的层间离缝。2)传力杆布置方式1(中性层均匀布置1排)下底座板板端应力为1.13 MPa,为传力杆布置方式2(上下2层、交错布置)下底座板板端应力2.98 MPa的37.9%,底座板板端应力较小,应力分布均匀。3)复合板与底座板最大离缝、底座板与路基最大离缝及底座板应力在传力杆直径为30 mm时分别为0.82 mm、1.66 mm、3.16 MPa,达到相对较小值。4)随着传力杆布置间距减小、传力杆数目增多,轨道结构应力几乎没有变化,轨道结构竖向位移明显减小,说明传力杆布置间距减小对轨道结构应力的影响可以忽略不计,但对轨道结构位移的限制效果越好。

焊接锚垫板锚下混凝土锚固区传力性能试验

由Q235钢和Q345钢制作的新型环保焊接锚垫板可以替代受力性能差、造价高、能耗高的传统铸造锚垫板。为研究焊接锚垫板锚下混凝土锚固区极限承载力、破坏形态及裂缝宽度,采用微机控制四柱压力机对11个配置螺旋式间接钢筋的混凝土局部受压试件进行锚固区传力性能试验。结果表明,预应力混凝土锚固区极限承载力实测值明显大于计算值,焊接锚垫板喇叭管直径的增大会降低预应力混凝土锚固区的极限承载力,焊接锚垫板底板厚度的增加会提高预应力混凝土锚固区极限承载力。基于试验结果,提出了考虑焊接锚垫板喇叭管直径和底板厚度影响的焊接锚垫板锚下混凝土极限承载力计算公式。

树脂锚固结构传力规律及破坏机理试验研究

为探究煤巷树脂锚杆承载时锚固结构内部传力规律及其破坏机理,通过制作锚固模型开展了室内拉拔加载试验。试验中,使用压力与位移传感器记录锚固模型的荷载-位移关系曲线;使用应变片、静态应变仪监测锚杆及围岩内部各测点的应变数据。研究结果表明:锚固模型的荷载-位移关系曲线可分为弹性变形阶段、损伤脱黏阶段及完全脱黏阶段,破坏形态为锚固剂-围岩界面滑移脱黏与围岩开裂混合破坏;锚杆轴力与锚固界面剪应力值沿锚固方向大致呈负指数衰减,在锚固端部附近达到最大;锚固段围岩轴向截面上的应力随距锚孔距离的增大而减小,当距孔口距离相同时围岩轴向应力沿锚固方向单调递减,锚端孔口附近应力最大。最后基于传力规律总结了树脂锚固结构的5种破坏模式及对应的发生条件。

竖向荷载下装配式RC浅圆仓仓顶板横板向传力性能试验研究

装配式RC浅圆仓仓顶结构属于锥壳结构,在电缆线和仓顶集中荷载下,存在较大的横板缝方向传力需求。为研究装配式RC浅圆仓仓顶结构横板向传力性能,设计并完成了4个装配式仓顶板和2个现浇板在竖向荷载下的静载试验,对试件的破坏形态、挠曲变形、应变发展等进行分析。结果表明:板缝连接件具有良好的横板向传力性能,带板缝预制仓顶板具有较好的承载力和刚度。连接件和板缝的数量变化对装配式仓顶板横板向传力及刚度影响较大。连接件数量增多和板缝数量的减少,可有效提高装配式仓顶板横板向传力性能,增大弹性变形,提高其承载力和刚度;上部盖板锚板可以有效地传递板缝弯曲压应力;开孔板先于板缝连接件锚筋屈服,提高装配式夹层板的横板向刚度的可修复性。

大跨度公铁同层斜拉桥锚箱式索梁锚固结构传力机理及参数分析

鉴于锚箱式索梁锚固结构构造和受力复杂,以某在建四塔大挑臂公铁同层斜拉桥锚箱式索梁锚固结构为研究对象,采用数值模拟分析该结构在设计索力作用下应力分布规律及荷载传递机理,通过参数分析研究合理的结构设计参数。研究结果表明,该桥索梁锚固结构各受力板件均存在不同程度的应力集中,应力集中主要出现在板件开孔边缘以及板件间交界处;锚固结构通过支承板与主梁腹板间4条连接焊缝以剪力的形式传递92.5%的索力,索力传递效率较传统钢锚箱更高;锚固结构中,各受力板件厚度变化对各板件力学行为影响具有耦合性,封端板和支承板受力对其自身厚度变化最为敏感,且封端板和支承板厚度增加能够缓解各板件的应力集中,但2片外侧加劲板对锚固结构各板件受力影响很小。建议该类型索梁锚固结构在保留封端板和支承板原设计的基础上去除两侧加劲板,将更具经济性。

大跨混合连续箱梁桥钢混结合段传力机理试验与分析

依托福州马尾大桥设计制作了几何缩尺比为1∶3.5的钢混结合段大比例模型,采用精细化实体有限元方法,开展不同设计荷载组合工况下的静力加载分析,以揭示此类新型钢混结合段在大跨混合连续箱梁桥中的传力机理.结果表明:承载能力极限最大弯矩组合工况下,试验模型混凝土梁段全截面受压,结合面处顶板混凝土最大压应力为-23.6 MPa、底板钢板最大拉应力为115.8 MPa,均小于材料的设计强度;加载至1.4倍承载能力极限状态工况,钢混结合段试验模型并未出现明显破坏,各关键截面测点的荷载-位移/应变曲线基本呈线性关系,结构始终处于弹性工作状态,表明该钢混结合段的设计具有充足的安全储备;同时钢混结合段沿纵桥向分布的各截面竖向变形没有明显突变,说明该钢混结合段传力平顺,可保证主梁刚度从混凝土箱梁段到钢箱梁段的平稳过渡.相关研究成果可为今后此类混合连续箱梁桥的设计与施工提供参考.

独塔宽幅斜拉桥索塔锚固区传力性能分析

为研究独塔宽幅斜拉桥索塔锚固区域钢锚箱与塔壁间的传力性能,以郑州农业路大桥受力最大的斜拉桥索塔钢锚箱MX16为研究对象,利用有限元软件MIDAS和ANSYS建立桥梁结构整体和局部钢锚箱模型,研究剪力钉间距、剪力钉刚度和钢锚箱腹板厚度对钢锚箱与混凝土塔壁传力机理的影响。研究结果表明:空间索力的竖向分力及横桥向水平分力靠剪力钉群传递到混凝土塔壁,顺桥向水平分力主要靠锚箱间的钢锚梁承担;增大钢锚梁腹板厚度可减小塔壁弯矩而减小剪力钉间距可减小应力集中均能改善塔壁受力,但增大剪力钉的刚度对混凝土塔壁受力影响并不显著。

全装配式RC楼盖横板向传力性能试验研究及理论分析

为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCPCD)横板向传力性能,完成了8个对边简支试件的竖向静载试验。基于共轭法提出了DCPCD横板向刚度的计算方法,并研究了板缝数量、板缝连接件数量、楼盖跨度和横板向与顺板向刚度比等参数对DCPCD横板向传力性能的影响。结果表明:DCPCD试件的板缝连接件受力性能良好,可有效地传递横板向弯矩和剪力,并能较好地协调相邻预制板的变形;基于共轭法的DCPCD横板向刚度计算方法的精度比最小截面刚度法和折线变形法高;减少板缝数量、增加板缝连接件数量均可有效改善楼盖横板向的传力性能,提高楼盖的竖向承载力和刚度;基于楼盖承载力与振动舒适度的要求,建议四边简支楼盖横纵向刚度比的取值范围为0.3~0.75。

公铁合建钢混板-桁斜拉桥悬挑式钢锚箱受力特性及结构优化

为研究大跨度公铁合建钢混板-桁斜拉桥主梁悬挑式索梁钢锚箱结构的受力特性及结构优化,以主跨808 m的洪奇沥特大桥钢锚箱为背景,采用仿真分析方法,研究钢锚箱3个设计方案主要板件应力、焊缝应力以及推荐方案锚箱节点的传力特性和锚箱参数对钢锚箱受力的影响。结果表明:锚箱尺寸较大、顶底板加肋方案的主要板件应力最大为300 MPa,小于其他2种方案,且6条焊缝的最大应力和应力不均匀系数较优,因此确定该方案为最终设计方案;索力首先由锚垫板直接向钢锚箱顶、底板和内外腹板较为均匀传递,最终边弦杆底板、内腹板和外腹板分别承担了22.2%,46.4%和31.4%的索力;节点处副桁斜杆、近桥塔侧和远桥塔侧边弦杆、混凝土桥面、节点横梁分别传递约66.71%,9.72%,9.32%,9.68%和4.56%的斜拉索竖向分力;板件应力随顶底板厚度增加而减小,顶底板深入边弦杆长度增加可以降低底板-内腹板焊缝峰值应力,顶底板间距减小可降低内外腹板和顶底板与锚垫板接触区域应力;顶底板厚44 mm、锚箱顶底板深入边弦杆长度1800 mm、顶底板间距660 mm时较为合理。