国内外板式轨道用扣件简析

国内外板式轨道用扣件简析铁道部专业设计院线路所张庆到目前为止，国内外铁路的轨下基础大多采用传统的道碴道床上铺设木枕或混凝土轨枕的结构型式。随着铁路列车速度的提高和运量的增大，这种习用的轨下基础已逐渐不适应铁路运输发展的需求。因此，许多国家纷纷研究新型...

钢框架梁柱外伸式端板连接的非线性有限元模拟

钢框架梁柱外伸式端板连接作为一种典型的半刚性连接方式,其受力性能较为复杂。为全面了解该连接方式下的受力特性,采用ANSYS Workbench软件建立有限元分析模型,在考虑材料非线性、几何非线性、状态(接触)非线性的情况下,分析连接节点在高强度螺栓预紧力及竖向位移荷载作用下的受力性能。研究结果表明:1)在预紧力作用下,螺栓与端板的接触压力集中分布在螺栓孔的周边,分布面积约为螺栓杆截面面积的10倍;2)设置柱腹板加劲肋及端板加劲肋是外伸式端板连接节点必不可少的构造措施;3)受拉区高强度螺栓受到较大的拉力和剪力,受压区螺栓在弹塑性阶段也会承受较大的剪力。本文成果可为钢框架梁柱外伸式端板连接的分析与设计提供一定的借鉴与参考。

考虑楼板影响的外环板式梁柱节点抗震性能:试验研究

该文对采用Q390钢材制作的4个T形节点构件进行了低周反复荷载试验,研究了钢梁和混凝土楼板的组合作用对采用高性能钢的外环板式梁柱节点的刚度、承载力以及耗能能力的影响。试验结果表明:由于楼板组合作用,钢梁上翼缘的稳定性得到显著提高;采用外环板式的梁柱节点连接方式,能够有效地将塑性铰外移,避免了在节点域附近的焊缝发生撕裂;但由于楼板组合作用的影响,此种节点形式也存在节点域附近外环板处发生断裂的可能性;该试验4个构件的滞回曲线都较为饱满,表现出较好的耗能能力和延性性能,在塑性点时,无楼板作用的试件的粘滞阻尼系数略高于有楼板作用的试件的粘滞阻尼系数;在层间位移角达到0.05 rad时,各试件的粘滞阻尼系数趋于一致。

高强钢外伸式端板节点性能试验与有限元分析

为了解高强钢端板连接节点的受力性能和失效机理,对Q690和Q960高强钢端板连接节点进行足尺模型试验研究和有限元模拟分析,并将试验结果与采用欧洲规范EC3的计算结果、有限元分析结果进行对比.研究结果表明:节点的失效模式为端板破坏和螺栓断裂;高强钢端板连接节点具有良好的转动能力;EC3中用于普通钢端板连接节点承载能力计算和失效模式预测的组件法可直接用于高强钢端板连接节点,但转动刚度的计算公式并不适用,且EC3关于保障节点转动能力的相关要求对高强钢端板连接节点偏于保守.本文建立的有限元模型可准确模拟该端板连接节点的弯矩-转角关系和失效模式.

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能分析

为研究方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能,该文建立了有限元数值模型,并用其他研究者完成的试验数据对模型进行了验证。在此基础上分别建立了震损后组合梁节点在三种受火工况下耐火极限计算模型,分析了组合梁节点柱防火保护层在滞回加载中的脱落位置及脱落程度和三种受火工况对节点耐火极限、破坏模态的影响。结果表明:经历柱端往复荷载作用的节点随着损伤程度的不断加重,钢管应力值及变形程度明显增大;当节点在楼板以下区域受火时,随着受火时间的增长,栓钉由底部至顶部的温度梯度较明显,楼板混凝土由于栓钉的影响,温度场分布呈现波浪形;不同损伤程度及不同受火工况对节点破坏模态均影响显著,但有无考虑防火保护层脱落的节点在三种受火工况下的破坏模态均没有较大差别;在楼板以下区域受火及楼板以上区域受火两种工况下,防火层脱落对重度损伤节点的耐火极限影响显著。在楼板上下区域均受火的工况下,防火层脱落对节点的耐火极限没有显著影响。

端板初始变形对外伸式端板连接性能的影响

针对门式刚架外伸式无肋端板连接中端板普遍存在初始变形的问题 ,采用有限元法对有初始变形的典型端板连接做了模拟分析 ,重点研究了端板初始变形对连接的内力、变形等性能的影响 。

高强钢梁柱外伸式端板节点常温与火灾后性能参数分析

为了解端板厚度、螺栓直径、螺栓预紧力、柱翼缘厚度、端板钢材强度及过火温度等因素对高强钢端板连接节点力学性能的影响,对薄高强钢端板替代厚普通钢端板这一设计理念进行深入探讨,采用ABAQUS对高强钢端板连接节点进行有限元分析.有限元分析结果表明:端板厚度增加,节点的初始转动刚度和极限承载力提高,转动能力下降;螺栓直径增加,节点的初始转动刚度、极限承载力及转动能力均提高;螺栓预紧力增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力和转动能力基本不变;柱翼缘厚度增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力基本不变,转动能力略有减小;端板钢材强度增加,节点的初始刚度基本不变,极限承载力提高,转动能力在端板钢材强度不超过Q460时基本不变,高于Q460后显著减小;与采用较厚普通钢端板的节点相比,采用薄高强钢端板的节点常温下和火灾后均可达到相似的承载力、相近甚至更高的转动能力;端板连接节点火灾后可能发生失效模式转变,甚至由延性转变为脆性的失效模式.

火灾作用下钢结构外伸式端板连接节点的热应力

为了研究钢结构在火灾中形成的热应力对节点受力性能的影响,以及热应力与总应力的比重关系,采用有限元软件ABAQUS对外伸式端板连接节点有限元模型进行温度场和热-力耦合模拟,得出热应力变形图和热-力耦合Mises应力云图,分析得出火灾中热应力占总应力的比重,以及火灾中钢节点跨中挠度的变化关系。结果表明:火灾作用下外伸式端板钢节点处热应力占总应力比重高达0.92以上,极大地削弱了结构在高温下的受力性能,此时钢节点破坏主因是热应力过大。火灾中框架的跨中挠度急剧增大,且在火灾持续到80 min时由于挠度过大而失效;常温模拟中钢梁却未发生失效,说明高温对钢结构受力极为不利。

梁柱外伸式端板螺栓连接的M—θ关系

根据梁柱外伸式端板螺栓连接节点的简化力学模型 ,提出一种用已知节点尺寸来预测其M—θ关系的非线性数学模型 ,模型中考虑了节点极限承载力和初始转动刚度的影响因素。在对节点的极限承载力和初始位移做了理论分析后 ,给出了计算初始转动刚度的方法 ,最后将建议公式和相关试验结果做了比较 ,验证了M—θ模型及初始转动刚度计算方法的可靠性。

方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能

为研究方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能,以钢管混凝土柱节点试验尺寸为参照,建立方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点在往复荷载作用下的精细有限元分析模型。该模型考虑材料非线性、混凝土材料在循环荷载下的损伤退化、钢和混凝土之间的相互作用等因素的影响。通过与试验结果进行对比分析,验证该有限元模型具有较好的精度和可靠性。此后研究柱宽厚比、核心混凝土强度、轴压比和节点核心区高宽比等因素对节点的影响,提出一种方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点的核心区剪力-剪切变形恢复力模型。研究结果表明,该模型具有实用性,可为工程设计提供实际依据。

方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点抗连续性倒塌性能分析

以中柱失效工况下的方钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点为研究对象,采用ABAQUS分析其抗连续性倒塌全过程工作机理,计算荷载-位移曲线、节点破坏形态等,分析了楼板在组合节点连续性倒塌过程中的作用,并对影响组合节点抗连续性倒塌性能关键参数进行分析。结果表明:该类组合节点倒塌大致分为弹性阶段、弹塑性阶段、拱效应阶段、塑性阶段、混合机制阶段、悬链线效应阶段。楼板的拱效应可提升节点初期承载力,同时钢筋的拉结作用可以增强节点悬链线效应,但拉结作用的发挥与抗剪连接件有关,因此在设计施工中应重视楼板与钢梁连接的设计,确保其连接可靠,并更好地利用楼板的拱效应与悬链线效应。通过参数分析可知,增加钢梁强度与钢梁翼缘、腹板的厚度可以显著提高组合节点抗连续性倒塌性能。楼板混凝土强度的增加仅提高节点倒塌初期的承载力。

高强钢外伸式端板节点火灾性能试验与数值分析

对1个Q690和2个Q960高强钢外伸式端板连接节点进行高温550℃下的足尺模型试验研究和有限元模拟分析,并将试验结果与采用欧洲现行钢结构设计规范EN 1993-1-8的计算结果及有限元分析结果进行对比.结果表明,550℃时,Q690和Q960高强钢端板连接节点的承载力分别为常温时的45%和46%,初始转动刚度为常温时的57%和65%,但转动能力分别为常温时的1.43倍和1.66倍.EN 1993-1-8中基于普通钢端板连接节点常温力学性能所提出的组件法可直接用于预测高强钢端板连接节点火灾下的失效模式和承载能力,但初始转动刚度的计算公式并不适用,且采用EN 1993-1-8关于保障节点转动能力的相关要求对高强钢端板连接节点进行抗火设计偏于保守.有限元模型可准确模拟该端板连接节点火灾下的弯矩转角关系和失效模式.

钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能数值分析

为研究钢管混凝土柱-外环板式组合梁节点在地震损伤后的耐火性能,通过验证已有试验,在模型可靠的基础上,建立了地震损伤后组合梁节点在楼板以下区域受火工况下耐火极限有限元计算模型。分析了2个组合梁节点在滞回加载中的塑性累积损伤和楼板以下区域受火工况对节点耐火极限、破坏模态的影响。结果表明:组合梁节点随着滞回加载位移的不断增大,混凝土柱与楼板的受拉塑性损伤及受压塑性损伤程度不断加重。随着受火时间的延长,柱混凝土纵剖面的温度场分布由Y形变为X形,栓钉沿纵向有明显的温度梯度,混凝土楼板由于栓钉的影响,温度场分布呈现波浪形。在柱端火灾荷载比为0.4、梁端火灾荷载比为0.4、节点CFSTJ-1在无损伤情况下达到耐火极限时,节点破坏为组合梁压弯破坏,而在有损伤情况(D=0.688)下,节点下柱出现了较为严重的鼓曲破坏;节点CFST-2在无损伤情况下达到耐火极限时,组合梁发生压弯破坏并伴随柱的轻微弯曲,而在有损伤情况(D=0.638)下,柱发生严重的弯曲破坏。节点随着损伤程度的加大,耐火极限显著降低。

外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点恢复力模型研究

通过对7个外伸式端板连接蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋混凝土柱节点组合试件进行低周反复荷载作用下的拟静力试验,分析了不同的螺栓数量、直径以及不同排列方式下节点的抗震性能,建立了该种组合节点的恢复力模型。试验结果表明:螺栓数目多、直径大的试件,抗震性能好;8个螺栓排成四行两列的节点为最合理的节点形式;建议的恢复力模型骨架曲线与试验骨架曲线符合较好,可供外伸式端板连接型钢梁-混凝土柱组合节点组成框架结构的弹塑性地震反应分析参考。

外伸式端板连接钢-混凝土组合节点抗震受剪承载力

为了进一步研究外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点的受力特点、破坏形态以及节点的抗震受剪性能,进行了7个外伸式端板连接节点的低周反复荷载作用的试验,对其破坏形态进行了分析,提出了可供实际工程参考使用的节点核心区抗震受剪承载力计算公式;对比分析了不同的螺栓数量、排列方式和螺栓直径的节点抗震受剪承载力值及耗能能力,给出了相同的螺栓排列方式,指出螺栓直径大的其抗震承载力高,并指出三行三列螺栓排列方式的节点是外伸式端板连接钢-混凝土组合节点最为合理的节点形式。

外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点合理螺栓布置研究

对7个高强螺栓外伸式端板连接的蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋混凝土柱组合节点试件进行低周反复加载试验,分析组合节点在模拟地震作用下的破坏形态和抗震性能,研究地震作用下组合节点合理螺栓布置形式,结果表明:相同的螺栓布置形式,螺栓直径大的其抗震受剪承载力高;不同的螺栓布置形式,螺栓尽量靠近梁翼缘的布置形式(3行3列)的节点是外伸式端板连接型钢-混凝土组合节点更为合理的节点形式.

外伸式端板螺栓连接节点的有限元分析

利用有限元ANSYS对外伸式端板螺栓连接节点受力性能进行了分析,从改变端板厚度和螺栓直径方面进行了节点受力性能研究,提出了钢框架结构设计节点时可按构造形式划分螺栓受力模型。

外伸式端板连接钢-混凝土组合节点裂缝发展规律及破坏模式

为研究外伸式端板连接型钢梁-混凝土柱组合节点的受力性能,对7个外伸式端板连接复合焊接环式箍筋混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点试件进行了低周反复荷载作用下的拟静力试验.结果表明,外伸式端板连接型钢梁-混凝土柱组合节点裂缝出现时荷载较小;在构件屈服后,在节点区出现主X型交叉斜向剪切裂缝,破坏阶段,节点核心区成通裂状态,部分混凝土压碎鼓出、箍筋屈服、刚度退化、试件破坏,最终破坏模式为节点核心区域剪压破坏.通过与课题组其他试验结果对比,外伸式端板螺栓连接型试件耗能增长最快,核心区箍筋、纵筋、混凝土能充分发挥作用,因此外伸式端板螺栓连接型为较合理的节点模式.

一种新型法兰外环板式梁柱节点抗震性能研究

提出了一种新型法兰外环板式梁柱节点,为研究方钢管柱壁厚和柱座钢管壁厚对节点抗震性能的影响,建立了4个法兰外环板式梁柱节点算例,对节点的应力云图、荷载-位移曲线、节点延性等数据进行对比分析,研究表明:单独增加柱座钢管壁厚和整体增加方钢管柱壁厚都提高了节点的承载能力,增强了节点的延性,表现出更优异的抗震性能;不能过大地增加柱座钢管柱壁厚,否则节点的极限承载力将会降低;整体增加方钢管柱壁厚可以显著提高节点的抗震性能,且效果要优于单独增加柱座钢管柱壁厚。

外伸式端板连接的蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋混凝土柱组合节点抗剪性能研究

通过低周往复加载试验,研究了外伸式端板连接的蜂窝钢梁-复合焊接环式箍筋混凝土柱组合节点的抗剪性能,得到如下结论:由于焊接环式箍筋的约束,三向受压状态下节点域的混凝土抗剪能力比钢筋混凝土节点混凝土的抗剪能力显著提高;外伸式端板连接型蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点高强螺栓预压力的存在,使得节点域的混凝土开裂较少,改善了节点域的抗剪性能.