梁腹板开圆孔钢框架梁柱节点的性能研究

梁腹板开圆孔节点是根据地震作用下钢框架梁柱节点可能产生脆性破坏的现象而提出的一种新型削弱型节点,该节点兼备提高建筑净空的优点,并不增加施工难度。在梁腹板上开设孔洞,不会影响梁的整体稳定性,只会影响梁的局部稳定性,并且由于梁翼缘参与抗剪比重增大,其抗剪承载力也不会发生较大幅度的下降。对梁腹板开圆孔节点进行的有限元分析表明:在适当位置开设一定大小的圆孔,可以首先在梁削弱截面处会形成空腹梁机制(Vierendeel mechanism),迫使塑性铰出现在梁上削弱部位,远离梁根部节点焊缝区,并且节点承载力不发生显著下降。节点实验的结果与有限元分析相吻合,即梁柱连接焊缝的脆性断裂是传统节点的主要破坏形式,而削弱处形成的空腹梁机制是导致梁腹板开圆孔节点破坏的原因,如果开孔合适,腹板开孔节点的各项性能指标下降幅度很小(5%以内),但可确保塑性铰产生在梁上。根据梁腹板开圆孔节点不同的受力状态可以将梁段划分为三种区间,即格构式梁段、过渡段和实腹式梁段,如果腹板所开圆孔合适,过渡段会先形成空腹梁机制,并满足预期的设计目标。

组合效应对梁腹板开圆孔节点抗震性能的影响因素分析

钢-混凝土组合梁在当前钢框架结构中已经得到了广泛的应用,但是在钢框架结构的节点设计中一般都忽略了混凝土楼板对节点承载力性能的影响。考虑混凝土楼板后,利用有限元软件对剪力连接件的滑移、组合效应等因素对标准型组合节点和腹板开圆孔型组合节点承载力性能的影响进行分析和讨论;研究腹板削弱半径和离柱表面距离两个参数对节点塑性铰位置的影响;比较在是否考虑楼板情况下,节点塑性发展的区别。分析结果表明,在研究腹板开圆孔梁柱节点抗震性能时,应考虑混凝土板的组合效应。

梁腹板开圆孔节点的组合效应影响研究

考虑混凝土楼板后,利用ANSYS分析了梁腹板开圆孔梁柱节点的应力应变分布,节点塑性区的分布及发展过程;比较了在考虑楼板及不考虑楼板情况下,节点受力性能的区别;研究了腹板削弱半径和离柱表距离两参数对节点的影响。分析结果表明,在研究腹板开圆孔梁柱节点抗震性能时,应考虑混凝土板的组合效应。

混凝土单元Solid的剪力传递系数在开圆孔梁中的取值

钢筋混凝土梁常因需要而开孔,开孔梁的实验研究较多,而软件模拟较少,建模相关参数待定。采用ANSYS有限元分析软件,针对钢筋混凝土圆孔梁和钢管加固的圆孔梁,对采用不同的裂缝间剪力传递系数时的计算结果与试验进行了对比,得出有限元分析时圆孔梁及其采用钢管加固时应采用的剪力传递系数,以及钢管加固圆孔梁对提高圆孔梁的承载力和减小斜裂缝的效果不大的结论。

考虑组合效应的梁腹板开圆孔型钢框架的静力弹塑性分析

利用静力弹塑性的分析方法,对考虑组合效应的梁腹板开圆孔型钢框架进行分析.为了便于对比,分别根据有无混凝土楼板和有无开孔削弱,选取了四个类型的框架,采用SAP2000进行建模计算;利用已有的研究成果,定义了节点的塑性铰模型.通过两种侧向荷载分布模式的计算得到了不同结构的Pushover曲线、结构的位移和塑性铰的分布情况.研究表明:考虑混凝土楼板的组合效应后,结构的刚度和承载力增加;腹板开圆孔削弱则对结构整体性能的影响非常小.

液态CO2贮罐椭圆封头开圆孔应力分析

本文采用ＡＮＳＹＳ５．２有限元软件，对液态ＣＯ２贮罐椭圆封头中心开圆孔，在内压作用下进行了限元应力分析，给出了设计压力和水压试验压力情况下危险部位的应力分布，根据《钢制压力容器一一分析设计标准》ＪＢ４７３２－９５，评定危险点的应力强度。

梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能研究

采用试验和数值的方法对梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了研究。试验结果表明:在设计水准下腹板开圆孔的钢框架仍能够满足现有规范的相关要求,结构性能并没有因为梁腹板开孔削弱而降低;在强震作用下,梁腹板削弱处率先形成空腹梁机制,结构通过梁的局部变形来耗散地震能量,形成所谓的"强柱弱梁,强节点弱构件"延性框架。该文以一栋在Northridge地震中梁柱节点遭受严重破坏的17层钢框架结构为算例,对腹板开圆孔的钢框架抗震性能进行了数值分析。分析结果表明:在原框架的梁腹板开设一定大小的圆孔后,并没有降低结构的刚度;在强震作用下,腹板开圆孔的钢框架形成了"强柱弱梁、强节点弱构件"的延性框架,最大塑性区移至梁腹板削弱处,最大限度的减小了梁柱连接处的转角,能有效的避免梁柱连接焊缝的脆性断裂,提高了钢框架结构的抗震性能。

采用腹板开圆孔梁柱节点的钢框架足尺模型抗震性能试验研究

腹板开圆孔节点是一种新型削弱型节点,文中介绍了采用腹板开圆孔节点的钢框架足尺模型拟动力、拟静力试验,其中拟动力试验主要是研究钢框架的地震响应,拟静力试验主要考察结构的破坏形式。试验结果表明试验模型能够满足现有规范的相关要求,并没有因为腹板开圆孔节点的使用而降低结构的整体性能。测得的梁翼缘板应变分布规律说明由于腹板开圆孔削弱,塑性区外移到梁削弱处,随着地震输入能量的增加,削弱处的应变也急剧增加。在拟静力试验中腹板开圆孔节点的破坏形式是削弱处梁翼缘、腹板的局部变形;而传统全焊型节点,塑性区始终处于梁柱连接处,其破坏形式可能是梁柱连接焊缝的断裂。通过试验实测结果与数值分析结果的对比可以看出,在弹性阶段,采用腹板开圆孔节点的钢框架与等截面传统钢框架的地震响应相差很小,但进入塑性后,两者差异增大,有必要对腹板开圆孔节点的动力简化模型进行研究。

分析设计中开孔圆平板孔边峰值应力的扣除方法

在压力容器开孔结构的分析设计中,由于不能有效扣除孔边的峰值应力,使得设计结果过于保守。以开孔圆平板为例,采用欧盟标准EN 13445对开孔结构进行应力分类,探讨扣除孔边峰值应力的方法。在所考察的计算参数范围内,根据扣除峰值应力后得到的PL+Pb确定的允许载荷[P]比根据极限载荷分析确定的允许载荷[P]t约小10%～23%,而根据沿壁厚线性化处理得到的(PL+Pb)'所确定的允许载荷[P]'较[P]t约小30%～50%,表明此扣除孔边峰值应力的方法合理可行。为了方便从(PL+Pb)'中直接扣除峰值应力,定义了PL+Pb与(PL+Pb)'比值q,并通过参数化计算得到了所考察参数范围内的q值。通过多元回归分析得到了q的经验公式。讨论了不同结构参数下q的变化规律,发现厚径比越大,孔径比越小,q值越小,应扣除的峰值应力比例越大。

固支开孔圆板的有限元分析

应用八节点等参元分析了开孔固支圆板的弯曲，着重分析了开孔对于圆板弯曲挠度的影响。

单向均匀受压四边简支开孔板承载力近似计算

以通用有限元软件ANSYS为工具,以板件宽厚比、开孔率为主要影响参数,通过大量有限元分析结果,拟合得出了中间开单圆孔和方孔方形板单向均匀受压作用下极限承载力的近似计算公式,并在开方孔板的基础上建立了开矩形孔板承载力的近似计算公式,还通过对比验证了用外包矩形孔来代替几种常见异型孔进行有限元分析的可行性。此外,研究了不同纵向间距和水平间距时,孔洞存在对开孔板件极限承载力的影响,并总结得出了单排、双排和三排开孔板件承载力的近似计算方法。

钢框架腹板开孔型节点脆性断裂分析

焊缝裂纹是断裂问题分析中一个重要组成部分,其中对带裂纹的新型钢节点分析是近几年的趋势.针对梁腹板开圆孔的节点形式,利用J积分理论,模拟了焊缝裂纹尖端的应力应变场.分析结果表明:裂纹尖端处的J积分在一定范围内与圆孔直径D成正比,与梁弱轴的回转半径成正比,然而与圆孔中心至柱翼缘的距离d无关.此外,方钢柱节点的承载能力和局部稳定性明显优于工字钢柱节点.

简支圆孔蜂窝梁挠度分析

根据简支梁刚度计算的基本原理,通过理论分析并结合有限元计算结果,对圆孔蜂窝梁挠度计算方法进行了探讨,提出圆孔蜂窝梁跨中的挠度计算公式,并给出了具体算例。同时,研究出影响梁挠度放大系数的各参数及其规律。实践证明,该计算方法和分析结果在工程设计中方便、精确、可行。

圆片厚度振动换能器研究

实际工作中,压电陶瓷圆片振子的尺寸是有限的,振子在厚度振动基频处与径向振动高阶模有较强的耦合作用。利用理论计算和有限元仿真分析耦合作用的影响,设计一款耦合作用少的圆片厚度振动换能器。提出在压电圆片振子中心打孔的方法,用孔径大小来调节径向高阶振动频率。实验证明用该法设计的圆片振动换能器耦合作用影响小。

施工孔对试验塔承载力影响研究分析

输电塔结构中,往往需要在构件上开施工孔,目前国内外规范仅考虑孔洞对构件强度的影响而忽视其对构件受压稳定承载力的影响。某工程铁塔进行真型试验时,由于辅助抱杆孔位置加工错误,铁塔主材构件在辅助抱杆孔处率先发生屈曲破坏,从而导致铁塔整体倒塌。借助有限元软件ANSYS,对开圆孔单角钢构件进行了数值分析,结果表明:由于试验孔位相对设计孔位的偏移,使构件的承载力下降了约12%,是导致试验塔提前破坏的直接原因。上述结论可为铁塔设计和加工提供指导。

圆孔翅片管换热器的传热与压降特性

采用Fluent软件,对翅片管换热器中单翅片的传热(以翅片表面努塞尔数表征)与压降(以摩擦因子表征)特性进行模拟研究,对开圆孔翅片的传热强化效果进行评价。基于正交实验设计思路,以孔径和圆孔与基管位置为变量,设计了9组圆孔翅片,比较了平翅片(翅片表面未开圆孔的翅片)与9组圆孔翅片的表面努塞尔数、摩擦因子,筛选出传热强化效果最好的圆孔翅片。为揭示圆孔翅片强化传热的机理,根据Fluent软件模拟结果,对平翅片、圆孔翅片(传热强化效果最好的圆孔翅片)表面的温度场以及翅片横截面处翅片温度场及翅片表面空气温度场、速度场进行模拟分析。在空气雷诺数为480、960、1 440、1 920时,9组圆孔翅片的翅片表面努塞尔数比平翅片分别提高4%~12%、6%~21%、7%~23%、8%~24%,且所有翅片的摩擦因子相差不超过10%,说明平翅片表面开圆孔实现了传热强化,与圆孔位置相比,孔径对传热效果的改善影响更大。翅片表面的圆孔可有效阻碍其表面温度边界层、速度边界层的发展,增强气流扰动,有效强化翅片传热性能。

厚度振动模态优化设计

实际工作中,压电陶瓷圆片振子的尺寸是有限的,振子在厚度振动基频处与径向振动高阶模有较强的耦合作用。通过理论计算和有限元仿真分析耦合作用的影响。为优化厚度振动模态,提出在压电圆片振子的中心打孔的方法,用孔径大小来调节径向高阶振动频率。实验证明压电圆片振子在中心打孔对优化厚度振动模态有效。

东胜网球馆主体结构分析与设计

东胜网球馆为体育公共建筑,主体结构由十榀异形直立拱式刚架和两榀分别向外倾斜15°和10°的斜向异形拱式刚架组成。拱式刚架采用实腹式开圆孔H型钢截面,拱式刚架之间布置系杆与交叉支撑,与拱式刚架共同构成稳定的结构体系。主体结构的跨度为47m,大跨度开圆孔H型钢拱式刚架的设计是本工程设计的难点和关键点。对主体结构进行了整体分析和设计,并利用通用商业软件ANSYS对开圆孔拱式刚架的稳定性进行了分析,旨在探明拱式刚架结构的受力特点和设计要点。