基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法

为了准确、高效地评估输电塔半刚性节点的力学特性,提出了一种基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法,通过引入代理模型方法近似半刚性节点几何尺寸与极限抗弯承载力、初始转动刚度之间的函数关系,建立具有较高精度的预测模型,进而结合Kish-Chen幂函数模型拟合输电塔半刚性节点的弯矩-转角曲线。结果表明,提出的基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法能减少实验和数值模拟的成本,较好地模拟输电塔半刚性节点实际受力-变形情况,为输电塔半刚性节点的工程设计和理论研究提供了参考。

木结构钢销-短钢梁刚性连接弯矩-转角曲线简化计算方法

结合已有研究成果及国外规范的建议,对木结构钢销-短钢梁刚性连接节点提出了设计和构造建议,并针对该类节点连接提出了相应的弯矩-转角(M-φ)曲线形式及弹性阶段节点刚度的简化计算方法;通过有限元数值模拟与理论推导结果的对比,证明了该方法的正确性,且节点能够有效地传递截面的剪力和弯矩,满足刚性节点的要求;该方法计算简单,实操性强,为现代木结构设计提供了一种新的思路。

端板连接半刚性钢管柱-单轴对称梁的弯矩-转角曲线计算方法

梁柱连接处的节点是钢框架结构的一个重要组成环节,半刚性端板连接节点由于其良好的力学性能,被广泛应用于钢结构建筑领域.采用焊接连接的H型钢梁、柱半刚性端板连接计算方法相对较成熟,在H型钢梁、柱半刚性端板连接节点的弯矩-转角简化全曲线的形式与计算方法的基础上进行改进,提出了方钢管柱-单轴对称梁半刚性端板连接的弯矩-转角曲线计算方法.通过改变节点域加强区的厚度、端板厚度和螺栓直径,利用有限元分析得到不同节点的弯矩-转角曲线,与简化曲线计算结果进行比较,证明了简化曲线计算方法能很好的计算节点弯矩-转角曲线上各重要参数,具有一定的准确性和可行性,且曲线线性阶段与有限元数值计算结果吻合良好,满足结构设计要求.

门式刚架端板连接节点弯矩-转角曲线计算模型

进行了8个门式刚架端板连接节点的有限元分析,得出节点构造形式、端板厚度等因素对节点受力性能的影响规律。提出了门式刚架端板连接节点的弯矩-转角曲线计算模型。该模型考虑了节点域斜向加劲肋的作用,也考虑了节点域局部屈曲的发展过程和节点组件间的相互作用。通过与有限元分析及试验数据对比,表明该模型能够很好地反映门式刚架端板连接节点的受力性能,初始刚度和极限承载力等关键指标吻合较好。

钢结构半刚性端板连接弯矩-转角曲线简化计算方法

结合已有研究成果及国外规范的建议,对应用于多层钢框架中的半刚性端板连接梁柱节点提出了标准构造建议,并针对此类端板连接提出了相应的弯矩—转角(M-φ)曲线形式及简化计算方法。通过将计算结果与相关试验结果对比,证明了该方法能够较好地计算端板连接的弯矩—转角(M-φ)全曲线,特别是能够非常准确地计算端板连接在节点弯矩小于节点抗弯承载力设计值时的节点转角,从而能够很好地满足结构设计的要求;且该方法计算过程简单,可操作性较强,方便实际应用,为我国钢结构设计规范关于半刚性端板连接的设计计算方法提供了有益补充。

现浇板钢筋混凝土框架结构梁端弯矩-转角曲线计算

在分析钢筋混凝土框架结构破坏模式的过程中,是否正确考虑现浇楼板对框架梁端抗弯承载力的提高效应,对破坏模式的判定具有很大的影响。采用实体单元建立整体模型的方法可以考虑楼板效应,但存在建模复杂且分析耗时等缺点。为了简化分析模型并提高计算效率,通过研究楼板和梁的协同受力特征,推导出梁端转角和弯矩承载力之间的关系,并拟合出适用的简化计算公式。应用简化计算公式对不同配筋条件下楼板-梁组合结构的弯矩-转角曲线进行计算,并将计算结果与实体建模的有限元分析结果做比较,结果表明,通过简化计算公式得到的梁端弯矩-转角曲线,与有限元分析结果十分吻合。

外伸端板半刚性钢结构连接节点的弯矩-转角智能模型研究

为了寻找一种耗费人力更少、预测效果更好的外伸端板半刚性钢结构连接节点的弯矩-转角(M-θr)关系模型,提出将智能模型引入对该种半刚性连接节点M-θr曲线的预测。首先对现有钢结构梁柱半刚性连接节点M-θr关系经典模型进行了评述,采用其中的幂函数模型对一组试验做了计算并与试验结果进行对比;然后用非线性有限元法对外伸端板半刚性钢结构连接节点进行了计算,并把分析所得M-θr曲线与试验曲线做了比较分析;基于大量试验数据,研究确定了对该种半刚性连接节点M-θr性能影响较大的11个主要参数,并用MATLAB数值计算软件建立了智能模型,对外伸端板半刚性钢结构连接节点的M-θr关系进行了预测,将预测结果与试验值对比。最后发现智能模型不论是定性的曲线变化趋势、还是定量的数值大小,都优于现有幂函数模型和非线性有限元分析,具有更好的可靠性、实用性。所得结论,可为该类半刚性钢结构连接节点M-θr关系研究提供新的思路。

基于组件法的超大承载力端板连接节点弯矩-转角曲线计算方法

超大承载力端板连接节点是一种可以应用于大跨或重载钢结构中的新型梁柱节点形式。为了在结构分析中准确考虑该节点的抗弯承载力和转动刚度,需要确定其弯矩-转角曲线。在已有试验和有限元分析结果的基础上提出了超大承载力端板连接节点的组件模型,引入一种新组件形式并提出了其承载力和刚度的分析方法,基于组件法提出了超大承载力端板连接节点的抗弯承载力和转动刚度的计算方法。综合现有典型的节点弯矩-转角曲线模型的优点,以节点抗弯承载力和转动刚度为基本参数提出了适用于超大承载力端板连接节点的弯矩-转角曲线模型。通过与已开展的试验研究和有限元分析结果进行比较,所提方法得到的节点抗弯承载力和转动刚度较为准确,所提弯矩-转角曲线模型与试验曲线吻合良好,可以应用于采用该节点形式结构的分析和设计中。

钢结构梁柱半刚性端板连接弯矩-转角全曲线计算方法

提出了一种计算钢结构梁柱半刚性端板连接转动变形的方法,通过与试验结果比较得到验证,该方法不但能够很好地计算端板连接的整体转动变形特性,包括初始转动刚度和弯矩-转角(M-φ)全过程曲线,而且能够较好分析计算其转动变形的各种来源,包括节点域剪切变形、螺栓伸长、端板和柱翼缘弯曲变形等,从而能够提供弯矩-剪切转角(M-φs)和弯矩-缝隙转角(M-φep)曲线,为准确分析端板连接的细部转动变形特性提供了可靠依据,同时也为我国钢结构设计规范关于节点转动变形的具体设计计算方法提供了有益补充。

钢结构梁柱节点弯矩-转角曲线极限承载力确定方法

对于钢结构的梁柱节点,弯矩-转角曲线是判断其承载力的重要依据,也是工程设计重要的参考指标。一般情况下,节点的弯矩-转角曲线具有上升段和下降段,因而极限承载力可直观得出,即为弯矩-转角曲线的峰值点。而对少数曲线,则只具有上升段,即随着转角的增大,弯矩一直增加,因而不具有峰值点。对于这类曲线,承载力的确定方法需要进一步深入研究,因而将讨论节点弯矩-转角曲线的位移限值取值方法,用于决定节点的承载力。首先总结了现有规范及相关研究中,钢管结构梁柱节点极限位移的取值方法。主要包括两类,一是通过主管位移取值,另一是通过支管位移取值。通过主管位移取值的方法主要有:CIDECT法,即以主管变形量为其直径的3%时作为极限状态;Lu方法,对CIDECT法进行改进,即引入了主管变形量为其直径1%时对应的荷载,将该荷载与3%所对应的荷载进行比较,当3%对应荷载大于1%对应荷载的1.5倍时,取1%对应荷载的1.5倍作为极限荷载,反之则取3%对应荷载作为极限荷载;二倍刚度法(TEC),即过原点作斜率为初始刚度一半的直线,其与曲线的交点即为极限点。通过支管位移取值的方法主要有Yura法,该方法将支管看作施加均布荷载的简支梁,以梁跨中处应变达到材料屈服应变的4倍时作为极限状态。其次,针对Yura方法未在规范中采用的情况,通过圆钢管节点试验和有限元模拟进行该方法的验证。最后以方钢管柱-工字梁节点为例探究了以上4种不同取值方法的应用效果,设计了4组试验并进行了相应的有限元模拟。在比较试验和模拟结果以确定模拟的可靠性后,基于有限元模拟结果对以上不同方法的极限转角取值进行分析。结果表明:Yura方法在钢管柱-工字梁节点中应用具有可行性;对于钢管柱-工字梁节点,Lu方法得出的结果相对保守,且操作复杂;二倍刚度法需要节点具有完整的弯矩-转角曲线,且同样操作复杂,并容易出现误差,因而适用性有限;CIDECT和Yura方法相对而言操作简便,只要确定主管或支管的直径即可估算出极限位移,且这两种方法得出的极限转角差异较小。因而,建议用这两种方法计算其各自对应的极限转角,取其中较小的转角来确定极限承载力。

RCS梁柱节点半刚性连接弯矩-转角关系模型研究

梁柱节点作为RCS结构中的重要组成部分,其受力情况较为复杂,在地震作用下容易发生损伤。通过对RCS梁柱组合件抗震性能试验研究发现,该种梁柱节点连接并非是理想的刚性连接,而是一种半刚性连接。为了明确该种半刚性连接的受力及转动特性,系统探讨了柱面钢板厚度,钢梁高度、翼缘宽厚比、柱混凝土强度和楼板厚度等构造措施参数对该种半刚性连接在循环荷载下抗弯承载力以及初始转动刚度的影响。同时,基于参数分析和灵敏度计算结果,提出描述该种半刚性连接的弯矩-转角关系四折线模型。该模型计算结果与试验结果吻合较好,可以为基于半刚性连接的RCS组合结构设计提供参考。

钢梁柱端板螺栓连接的弯矩-转角关系试验和数学模型

端板螺栓连接是钢结构常见的梁柱连接形式,其抗弯性能表现出明显的非线性特性,部分端板连接可视为半刚性连接。根据我国现行钢结构设计标准,在对钢结构进行内力分析时需要确定半刚性连接的弯矩-转角曲线。为研究端板螺栓连接的破坏机理,探索模拟该连接弯矩-转角曲线的数学模型,做了6个H型钢梁柱端板连接大尺寸试件的单调加载抗弯试验,以及相关材性试验和高强螺栓抗滑移系数试验。试验通过各部位应变的变化情况,考察了节点各组件应变发展直至先后达到材料屈服的过程;通过各部位位移发展的情况,考察了节点和构件位移发展直至局部屈曲的过程。采用改进的三参数指数函数模型,模拟了所试验6个试件的弯矩-转角曲线。结果表明,端板连接具备较大的刚度和强度,构件的变形主要来自梁端塑性发展和屈曲变形。改进的三参数指数模型可以较好地模拟端板连接的弯矩-转角曲线。

螺栓球节点力学性能研究及弯矩-转角关系式的建立

螺栓球节点常用于网架及双层网壳结构中,目前在一些小跨度、接近球形的单层网壳中也有所应用。现阶段对螺栓球节点网架及双层网壳进行分析时,通常将螺栓球节点假定为理想铰接,实际上该节点是介于刚接和铰接之间的半刚性节点。通过建立螺栓球节点的精细化模型,得到螺栓球节点的抗弯刚度及对应的弯矩-转角曲线,并利用已有试验数据验证了数值模型的合理性。研究了螺栓球节点相关参数(即螺栓直径、预紧力大小、锥尾壁厚和套筒厚度)对节点抗弯刚度的影响。研究表明:螺栓球节点的初始刚度和极限弯矩在一定范围内随螺栓预紧力的增大而提高,当螺栓预紧力达到100 kN时,其对螺栓球节点抗弯刚度的影响逐渐减弱;锥尾壁厚及套筒厚度对螺栓球节点极限弯矩的影响较大,而对节点初始刚度的影响较小;螺栓球节点的抗弯刚度随着螺栓直径的增加而增大。利用对螺栓球节点参数化分析的结果并结合节点的自身特性,基于KISHI等提出的幂函数模型,推导出了螺栓球节点弯矩-转角关系公式,该公式计算值与数值模拟的弯矩-转角曲线吻合度较高,能有效地模拟螺栓球节点弯矩-转角的关系。

RC框架节点的弯矩-滑移转角恢复力模型

本文提出了框架结构梁端纵向受力钢筋在节点中锚固滑移所产生的附加转角的简化计算模型,并在梁柱组合件试验所获得的杆端弯矩-滑移转角滞回曲线基础上建立了杆端弯矩-附加滑移转角恢复力模型。该恢复力模型包括一条基于计算的双线型骨架曲线和一系列基于试验现象的滞回规则。计算结果与试验结果的比较表明,本文提出的杆端弯矩-附加滑移转角恢复力模型可以较好地反映试件的滞回性能,可供框架结构弹塑性地震反应分析时参考。

高强螺栓端板连接节点的弯矩—转角关系研究

介绍了三种半刚性连接弯矩—转角关系曲线数学表达式,阐明了实用的三折线表达式用以描述高强螺栓端板连接的弯矩—转角关系,通过对比分析证明了该三折线表达式做出的曲线可以比较准确地预测高强螺栓端板连接节点的弯矩—转角变化趋势,为相关节点设计提供了有益参考。

半刚性组合框架骨架曲线实用计算方法

针对组合节点的弯矩-转角计算模型以及组合框架骨架曲线计算模型忽略节点半刚性的问题,探讨组合节点转动刚度和半刚性组合框架骨架曲线的计算方法。基于参数相关性,运用改进的参数灵敏度分析方法,研究外加强环式钢管混凝土柱-钢梁节点的转动刚度。应用二阶分析推导柔性梁柱单元的刚度矩阵;应用得出的节点转动刚度计算模型推导半刚性组合框架骨架曲线的简化计算模型。研究结果表明:改进后的灵敏度分析方法得出的节点参数灵敏度更高。节点半刚性可降低骨架曲线的弹性刚度和下降段斜率。引入节点半刚性的骨架曲线计算模型更加符合组合框架的实际工作性能。

钢结构半刚性连接节点研究现状

半刚性连接具刚度、延性和载荷能力,抗震性能优越,施工难度低,是实用且经济的连接方式。但半刚性连接受力复杂,力学特性分析难度大,且国内规范中缺乏针对性的分类标准和设计方法。综合国内外文献规范,简述了梁柱节点的分类及特点,详细介绍了钢结构半刚性节点连接类型、研究方法和研究成果,通过分析当前研究进展,指出未来所需研究的问题与方向,为钢结构半刚性节点研究、设计与实际运用提供思路与参考。

方钢管柱-H型钢梁单向螺栓平齐式端板连接节点性能研究

钢结构闭口截面中存在手无法越过的遮挡部位,而单向螺栓可以很好地解决钢结构闭口截面节点安装问题,因此为了详细探究单向螺栓连接梁柱节点的承载性能,以能够与试验现象和试验数据吻合的有限元模型为基础,通过改变试件截面参数,建立大量的有限元模型,分析柱壁厚度、端板厚度、螺栓直径、螺栓端距、螺栓边距、端板宽度、梁的高度对节点初始刚度及极限弯矩的影响.结果表明:柱壁厚度、梁高度、螺栓直径、螺栓端距、螺栓边距对节点初始刚度的影响较大.柱壁厚度、螺栓边距、梁的高度对节点极限弯矩的影响较大.通过参数化分析和基于三参数模型拟合出初始转动刚度、极限弯矩、形状系数的近似计算公式,描绘出单向螺栓平齐式端板连接的弯矩-转角曲线,并与有限元模型弯矩-转角曲线对比,结果表明:两条弯矩转角曲线吻合较好,从而验证了三参数模型的准确性.

钢框架半刚性连接的曲线拟合模型

介绍了梁柱半刚性连接的性质和半刚性连接M-rθ曲线模拟方法,简要阐述了国内外半刚性连接的研究状况,指出我国现行《钢结构设计规范》中存在的不足,有必要在半刚性连接方面进行系统而深入的研究,并在规范中加以体现。

RC柱弯曲破坏骨架曲线简化算法及试验验证

为了满足基于性能的抗震设计和非线性动力分析的需要,有必要研究弯曲破坏钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)柱弯矩-转角骨架曲线的简化计算方法.首先,将其骨架曲线简化为以屈服点、峰值点、开裂点为特征点的三折线弯矩-转角骨架曲线;其次,在考虑弯曲、剪力及钢筋黏结滑移对柱转角影响的基础上,基于RC柱弯曲理论和平截面假定,用迭代方法求出截面应力与应变的分布,并根据截面弯矩-曲率关系求得各特征点的弯矩和转角,进而提出RC柱弯矩-转角骨架曲线的简化算法;最后,分别对6组试件各特征点的计算值与试验值进行分析,计算其比值S.研究结果表明,各特征点S值的变异系数均不大于15%,计算值与试验值吻合较好,验证了弯矩-转角骨架曲线简化算法的准确性.