铝合金板式节点受弯滞回性能试验研究

为研究铝合金板式节点的受弯滞回性能,并与静力性能进行比较,完成了4个足尺试件的滞回加载及单调加载试验,并采用通用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行数值模拟,得到了铝合金板式节点的破坏模式、弯矩-转角关系及耗能能力.采用分配梁对两杆进行对称加载,节点域为纯弯段.研究结果表明铝合金板式节点为典型半刚性节点,根据受力过程可分为弹性阶段、螺栓滑移阶段、孔壁承压阶段和破坏阶段,并得到节点弯矩-转角关系曲线.节点破坏模式为杆件净截面拉断,裂缝由杆件端头最外排螺孔处开始扩展.节点在破坏前无明显预兆,为典型脆性破坏,荷载-位移曲线没有下降段.节点滞回加载的骨架曲线与单调加载曲线接近,但滞回加载过程节点的累积损伤,导致节点延性低于单调加载.增加螺栓数量可改善节点耗能性能,使滞回曲线更加饱满.

高温下铝合金板式节点刚度退化及其对网格结构抗火性能的影响研究

采用有限元数值模拟分析方法,研究了200~400℃时铝合金板式节点的弯曲刚度退化机理。给出了不同温度对应的弯曲刚度退化折减系数,并分析了节点的破坏模式。分析结果显示,上节点板局部变形明显,下节点板出现拉剪破坏,翼缘板沿着周围螺栓孔位置断裂,随着温度的升高腹板应力集中位置逐渐向下发展,腹板发生断裂破坏。在上述基础上,通过典型铝合金网格结构的案例分析,研究了节点弯曲刚度退化对网格结构整体抗火性能的影响。结果显示,高温下,相较于未考虑节点弯曲刚度退化网格结构,考虑节点弯曲刚度退化的网格结构变形在高温区集中,竖向变形增加了4.5%,竖向承载力下降了46%。节点弯曲刚度退化对结构抗火性能影响明显,在铝合金结构整体抗火分析中应予以考虑。

异形钢管混凝土柱外套板式节点试验及数值模拟研究

本文提出一种异形钢管混凝土框架角柱外套板式节点。针对节点制作1种异形柱外套板式(BASE)试件进行拟静力试验,取得节点的滞回曲线、骨架曲线和破坏模式等。对BASE节点进行有限元模拟,验证了模型的正确性;对验证后的有限元模型进行变参数分析,研究外套板厚度、T型件翼缘厚度对节点承载力、耗能能力和延性的影响。试验结果表明:节点主要靠螺栓滑移和H型钢梁屈曲耗能,H型钢梁所形成塑性铰远离节点核心区域,属于典型的延性破坏,符合“强节点弱构件”的设计原则;参数分析中增加节点外套板厚度对节点的耗能能力和延性有一定提升,极限承载力没有较大变化;同时,随着T型件翼缘厚度增加,节点延性逐渐增大,耗能能力明显提升,极限承载力出现逐渐提前。

新型预制柱H型钢梁肋板式节点受力性能分析

金凤城市中心1#楼采用了预制柱的混凝土框架结构体系,部分长悬臂梁采用了H型钢梁。对比了H型钢梁与混凝土柱的常用节点形式,提出了一种混凝土柱和H型钢梁刚性连接的肋板式新型节点形式。采用有限元软件对节点进行了梁截面宽度、水平肋板宽度、预埋板厚度、栓钉数量的参数化分析,得出钢梁截面宽度对节点与梁线刚度比影响最大、水平肋板宽度影响其次、预埋板厚度影响次之、栓钉数量及布置影响较小的结论。对应用在本工程中的典型节点进行了强度、刚性分析,验证了该节点形式的安全可靠。

双层铝合金板式节点力学性能与设计方法

板式节点是铝合金空间网格结构中应用最为广泛的节点形式,其力学性能会对铝合金空间网格结构的承载性能产生显著影响.目前,针对铝合金板式节点力学性能的研究主要集中在单层板式节点,双层板式节点作为一种新型节点形式,其力学性能及设计方法尚待研究.本文在试验的基础上,分别对单层和双层板式节点的力学性能进行了数值分析和理论分析,并运用ABAQUS软件建立了大量节点模型进行参数化分析,考虑了腹板厚度、腹板高度、节点板厚度、翼缘板厚度、翼缘板宽度及螺栓布置形式对单层和双层板式节点力学性能的影响.基于破坏线理论和螺栓破坏理论,引入材料等效强度破坏系数和双层铝合金板式节点极限承载力增强系数,提出了节点极限承载力的计算方法.研究结果表明:单层和双层板式节点的极限承载力随着节点板厚度的增加,先增大后减小;腹板越厚越高、翼缘板越厚越宽,单层和双层板式节点的极限承载力越高;双层板式节点极限承载力高于单层板式节点,根据计算分析建议双层板式节点极限承载力增强系数取2.3;螺栓布置对节点力学性能影响显著;理论计算结果与数值计算结果吻合程度较好,验证了理论计算方法的准确性,可为实际工程应用提供依据.

铝合金板式节点受弯承载力试验研究

从理论上提出了铝合金板式节点在面外弯矩作用下的抗弯承载力计算公式.进行了4个铝合金板式节点试件试验,其中3个试件只承受面外弯矩,一个试件同时承受面外弯矩和剪力,得到了板式节点的受力性能,归纳了板式节点在面外弯矩作用下和弯剪联合作用下的破坏模式主要为:杆件受弯破坏、节点板块状拉剪破坏和节点板的屈曲破坏.通过试验数据分析,得出了反应撬力对其极限承载力影响的折减系数k1的取值范围,并验证了承载力计算公式的准确性.针对4个板式节点试件的试验,采用ABAQUS有限元软件建立了有限元数值分析模型,分析了其极限承载力,补充和完善了试验研究.

铝合金板式节点承载性能试验研究

考虑了节点板厚度、抗剪键、加载模式的影响,对14个铝合金板式节点的承载力性能进行试验分析.详细介绍了试验过程,描述了试验现象.试验结果表明,铝合金板式节点的主要破坏模式为块状拉剪破坏和节点板局部屈曲破坏;以弯矩为主要控制的荷载作用下,节点板主要承受环向应力;节点板厚度的增加能有效提高节点承载力;C类抗剪键能显著提高节点的整体性,改善节点受力性能.

铝合金板式节点初始刚度

铝合金板式节点变形分为节点板中心区域变形、节点板与杆件错动以及杆件自身变形三部分.对铝合金板式节点的受弯机理进行分析,得到节点初始弯曲刚度公式.在试验基础上,分析试件的抗弯性能,得到弯矩-转角曲线.采用ABAQUES软件对节点进行数值模拟,数值结果与试验结果吻合较好.通过参数分析得知节点板厚度、杆件截面高度、螺栓数量及节点板半径对节点初始弯曲刚度的影响.最后将理论结果分别与数值结果和试验结果进行比较,验证了公式的合理性.

铝合金板式节点承载力设计方法及构造要求

对铝合金板式节点的承载力进行理论分析,提出了节点板块状拉剪破坏的承载力计算公式以及节点板局部屈曲承载力的计算公式.在试验的基础上,利用ABAQUS软件对铝合金板式节点进行数值模拟研究,数值分析结果和试验结果吻合较好.根据试验结果拟合得到了节点承载力公式中的系数.将承载力计算公式和试验结果进行了对比,验证了公式的实用性.最后提出铝合金板式节点的实用构造要求,并通过试验结果验证了其正确性.

铝合金板式节点网壳阻尼特性试验研究

为研究铝合金板式节点网壳结构阻尼特性,填补现行设计规范对铝合金结构阻尼比取值的空白,对一铝合金板式节点网壳的阻尼比进行了实测。采用锤击法对结构施加动力激励,由拾振器记录结构各点的加速度响应。通过FFT变换得出节点加速度响应频谱,采用半功率带宽法估算结构阻尼比。通过改变锤击力度、拾振器位置、敲击点位置,设计了57种工况,并测出一系列阻尼值;对所得数据进行统计分析,得出铝合金板式节点网壳阻尼比平均值,并建议此类结构阻尼比取为3.3%。运用该阻尼参数建立有限元模型,分析结构动力响应,结果表明:节点加速度响应实测曲线与有限元模型计算得到的响应曲线的峰值、周期和振动衰减规律均吻合较好,证明所测得阻尼值可为铝合金板式节点网壳的动力分析与工程设计提供依据。

节点刚度对铝合金板式节点网壳稳定性能的影响

本文提出了考虑铝合金板式节点半刚性的杆件单元力学模型,建立了考虑铝合金板式节点试验弯矩-转角曲线关系的网壳结构数值模型,并通过数值算例进行验证.数值计算结果表明,铝合金板式节点半刚性特性显著降低了网壳结构的承载力.进一步的参数分析表明,结构跨度对网壳稳定承载力的影响最大,荷载分布模式和支撑条件对网壳稳定承载力的影响较小.

铝合金板式节点面外初始弯曲刚度的杆件间交互影响

铝合金板式节点具有良好的整体刚度性能,其面外初始弯曲刚度的杆件间交互影响不容忽视.本文在现有研究的基础上,定义了铝合金板式节点面外弯曲刚度矩阵.为进行深入研究,对铝合金板式节点进行有限元模拟.以节点板厚度、节点板半径、杆件高度和螺栓数量为参数,建立14个节点模型,分析关于节点面外弯曲刚度的杆件间交互影响.根据有限元结果,提出计算杆件交互影响程度的理论公式.和有限元结果的比较表明,公式的计算精度高,具有良好的适用性.

铝合金板式节点刚度对网壳稳定性能影响研究

铝合金板式节点网壳是一种典型的半刚性节点网壳。采用ANSYS有限元软件对铝合金板式节点网壳弹塑性稳定性能进行了有限元分析。建立了考虑节点刚度的杆件单元模型。采用Combin39单元对节点非线性弯曲刚度进行模拟。分析了节点刚度对网壳失稳模态、应力分布和极限承载力的影响。研究发现,节点的非线性弯曲刚度对网壳整体稳定性能具有削弱作用,其削弱作用随着网壳矢跨比的减小而加大。最后,为了了解节点刚度四折线模型中各参数对网壳稳定性能的影响而进行了参数分析。研究表明,网壳极限承载力随着滑移弯矩和嵌固刚度的减小而降低,而其它节点刚度参数的影响可以忽略。

螺栓滑移引起的铝合金板式节点网壳变形研究

板式节点螺栓滑移会引起铝合金网壳结构发生明显变形,变形主要取决于节点轴向变形,可通过节点轴向刚度模型来模拟螺栓滑移.为考虑实际工程中螺栓尺寸的随机误差,提出节点轴向刚度的随机多折线模型,分析发现,考虑螺栓尺寸误差计算得到的网壳挠度,可采用理想四折线模型结果拟合.基于轴向刚度四折线模型,分析网壳挠度随螺栓预紧力的变化规律,发现当预紧力高于特定临界值时,网壳变形很小,反之网壳挠度会迅速增大.进一步分析发现:最大网壳挠度与螺栓孔径差、网格环数呈正比,受跨度、矢跨比和支座形式影响较大,与杆件截面及节点板尺寸、荷载大小相关性较小.基于此,提出螺栓滑移引起的最大网壳挠度计算公式,并对工程中常见的拉铆钉和普通螺栓,给出孔隙优化建议.

铝合金板式节点单层球面网壳的自振特性研究

为了研究K6型和K8型铝合金板式节点单层球面网壳的自振特性,采用有限元软件ANSYS进行了大规模有限元分析,分析中考虑了矢跨比、跨度、屋面荷载、跨厚比、网格密度、约束条件等参数的影响。基于有限元分析结果,拟合得到了不考虑节点刚度影响时单层球面网壳的基本自振频率估算公式。考虑板式节点刚度的影响,引入基频放大系数,进一步提出了考虑板式节点刚度影响的网壳基频估算公式。将所提出的估算公式的计算值与某铝合金板式节点网壳的实测基频进行了比较,结果吻合良好,证明了公式的有效性。

基于多平台的铝合金板式节点网壳设计系统

为了解决传统铝合金板式节点单层网壳的设计工作量大、节点验算烦琐、深化放样复杂等问题,研发了一套基于ANSYS、ABAQUS和ObjectARX平台的铝合金板式节点单层网壳设计系统。首先,用户输入结构参数后,该系统可自动生成ANSYS的ADPL命令流文件,完成参数化建模、荷载输入、静力分析、动力分析和杆件截面优选;并进一步完成结构整体稳定分析,自动生成结构分析计算书。然后,对节点进行分类并完成板式节点设计,用户需要时可生成典型节点的ABAQUS分析模型。最后,通过数据接口将设计结果传送至AutoCAD中,并基于ObjectARX程序包进行二维加工图的批量绘制;并在此基础上绘制三维实体模型,以辅助结构制作和安装。

铝合金板式节点火灾后承载性能

对铝合金板式节点火灾后性能的研究可为评估铝合金网壳火灾后承载性能提供依据。完成了6061-T6铝合金材料过火后的单向拉伸试验,给出了其火灾后力学性能折减系数的计算式。完成了12件6061-T6铝合金板式节点过火后的承载性能试验,得到其承载力和破坏模式。试验结果表明,铝合金材料性能及铝合金板式节点力学性随过火温度的变化均呈现三折线趋势。建立数值模型并进行参数分析,分析了材料性能、过火温度、尺寸规格对铝合金板式节点过火后承载性能的影响规律。最后,拟合得到铝合金板式节点火灾后的弯曲刚度及承载力计算式以及火灾后的弯矩-转角曲线四折线模型。

铝合金板式节点的面外弯曲刚度研究

本次研究,从节点板厚度、螺栓数量以及螺栓孔形状这3个实验变量来考虑,制作铝合金网壳结构板式节点CAD模型,再导入ABAQUS有限元软件中,建立了有限元数值分析模型,分析其极限承载力,最后得出对面外弯曲刚度影响规律的总结。

某马鞍形双曲面铝合金板式节点网壳结构深化设计

异形铝合金网壳中的杆件空间方位复杂,节点板常为曲面节点板,杆件存在较大扭转,设计建造难度较大。以某马鞍形双曲面铝合金板式节点网壳设计、深化和建造过程为例,介绍了该网壳在建设过程中的关键技术。首先介绍该项目结构形式及节点构造,然后介绍该项目中应用的网格优化技术、深化设计技术等,最后介绍网壳拼装时的误差消除方式。

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。