大跨钢管混凝土拱桥拱肋新型栓焊节点偏压力学性能研究

随着拱桥跨度和施工海拔高度增加,拱肋钢管节点焊缝连接施工难度加大,传统连接方式不能满足施工安全性及经济性要求。该文提出一种适用于大跨度钢管混凝土拱桥拱肋的新型栓焊节点连接形式,通过外法兰螺栓连接与钢管焊接并用,不仅能够充分保证节点连接安全性、大大缩短施工工期,同时由于使用该节点连接形式无需切除法兰盘,因此能够很好地避免传统连接工艺切割节点法兰盘引起拱肋应力重分布所带来的风险。为研究该节点力学性能,该文进行不同连接方式和偏心距下钢管混凝土柱节点偏心受压缩尺试验,考察钢管混凝土栓焊、焊接节点在偏心受压下的失效模式、荷载-位移曲线、截面应变分布、侧向挠度等力学性能指标。基于试验建立较准确的有限元模型,考察钢管强度、核心混凝土强度、含钢率及偏心率对钢管混凝土栓焊节点柱偏心受压力学性能的影响。结果表明:栓焊连接形式可显著提高节点刚度和稳定性,有效避免节点处产生鼓曲变形;小偏心下钢管混凝土栓焊节点较焊接节点承载力更优,符合拱桥拱肋小偏心受压设计理念。

采用钢梁翼缘对接栓焊节点的钢框架动力响应分析

基于一种新型钢框架连接节点——钢梁现场翼缘对接栓焊节点的半刚性性能,对其连接的钢框架进行非线性动力时程分析,探讨采用此新型节点的钢框架的动力特性。在计算模型中将栓焊节点简化为弹簧单元,采用有限元软件ANSYS研究连接刚度及不同地震波对钢框架模态、层间位移角、加速度、层间剪力等的影响,并与采用普通焊接节点的钢框架的动力性能进行对比分析。结果表明,采用此新型节点的钢框架的结构侧移值较焊接钢框架有所增加,但基底剪力值降低60.6%,层间剪力减小2~3倍。新型节点初始转动刚度小于普通焊接节点,因此钢框架的基本自振周期明显增大。综合分析结果,此新型节点是一种力学性能良好的节点,其连接的钢框架体系符合抗震要求,可应用于地震区域。

悬索桥钢桁加劲梁栓焊节点疲劳试验研究

悬索桥钢桁加劲梁栓焊节点处汇交杆件多,构造复杂,受力集中,为复杂的空间受力结构。介绍根据疲劳损伤理论确定疲劳试验荷载的过程,设计并制作1︰1.9的缩尺模型,对该模型进行200万次疲劳加载试验。试验结果表明:在完成循环加载200万次后,模型上各测点的应力状态稳定,没有发生开裂、损伤、疲劳裂纹萌生现象,且标准疲劳荷载作用下结构应力水平较低,小于我国规范规定的疲劳容许应力,因此该桥的栓焊节点结构在使用寿命期间及正常养护维修情况下,不会发生疲劳开裂,能够满足设计要求。

钢结构梁梁栓焊节点设计方法的研究

本文介绍了工程设计中常用的几种钢结构梁梁栓焊节点的设计方法,从理论上比较了各种设计方法的设计经济性和计算便捷性,并运用实际算例进行了佐证,旨在得出一种满足工程设计需要,比较符合实际受力情况,同时较为经济的设计方法。

层装配式建筑钢结构梁柱栓焊混合节点施工技术研究

针对传统施工单元节点承载力低的问题,本文对高层装配式建筑钢结构梁柱栓焊混合节点施工技术进行研究。首先,搭接微调结构,临时固定钢梁,安装梁柱腹板的同时采用多阶的方式提升整体的承压效果,设定多阶下翼缘连接板。其次,用高强螺栓固定混合节点,拆除微调结构,搭接梁柱栓焊节点上翼连接板。最后,通过节点腹板高强螺栓终拧完成节点施工处理。实例分析结果表明:应用本文提出的技术施工,单元节点承载均>200kN,施工效果更佳,具有实际的应用价值。

装配式钢框架柱法兰栓焊连接节点受力性能试验研究与有限元分析

为研究一种新型法兰栓焊连接柱节点在多高层钢结构中的工程应用,对3个法兰连接足尺模型试件进行了静力加载试验,并建立ABAQUS有限元模型对其进行对比论证以及理论分析。分析结果表明:新型法兰栓焊连接节点受力性能良好,对比传统法兰连接节点其刚度和承载力均有所提升;新型法兰栓焊连接节点的破坏模式有所改善。得出了不同焊缝尺寸下新型法兰栓焊连接节点的螺栓与焊缝承受弯矩的受力分配比,试验结果与有限元分析结果具有较好的一致性。

钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌能力研究

该文基于ABAQUS/Implicit建立了钢管混凝土柱-H形钢梁栓焊混合节点抗连续倒塌数值模型。为提高该类节点的抗倒塌承载力,采用了波纹腹板H形钢梁和下翼缘加腋构造。分析该类节点在竖向荷载作用下的破坏特征和失效机理,并考虑波纹腹板的“折叠效应”对节点抗倒塌能力的影响。研究结果表明,钢管混凝土柱-平腹板H形钢梁节点(J-WB-O)的破坏出现在环板和钢梁连接位置,而钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁加腋节点(J-CW-AP)的破坏远离环板与钢梁连接位置,延缓了钢梁下翼缘断裂;此外,J-WB-O节点钢梁全截面提供倒塌抗力,而J-CW-AP节点在加载初期波纹腹板几乎不提供倒塌抗力,当下翼缘断裂后波纹腹板开始受力,并且随着裂缝的向上延伸波纹腹板截面依次呈现受拉状态,表现为波纹腹板波纹逐渐拉开的过程即为“折叠效应”,延缓了腹板开裂和局部屈曲。对比普通栓焊混合节点J-WB-O,波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点J-CW-AP的极限承载力与延性分别提高了67.2%和62.3%。基于抗力机制分析,给出了钢管混凝土柱-波纹腹板H形钢梁栓焊混合加腋节点抗倒塌承载力简化计算公式。

穿心板式钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点力学性能分析

该文提出两种适用于窄截面钢管混凝土柱的穿心板式栓焊节点,两种节点的下翼缘和腹板采用螺栓连接,上翼缘采用焊接连接。该节点既能有效避免室内凸角的出现,又能解决全螺栓连接节点需要预留安装缝、节点刚度偏低的问题,同时具有可快速装配、方便混凝土浇筑等优点。该文阐述了节点的构造、加工及装配过程、设计原理;基于单调加载试验建立有限元模型,分析了该节点的受力过程、破坏模式、刚度和延性。结果表明:有限元模型分析结果与试验吻合较好;穿心板式栓焊连接节点的主要破坏模式为梁受压翼缘的屈曲及相邻腹板的鼓曲,节点塑性铰远离节点核心区,符合强节点弱构件的设计原理;节点属于刚性连接,具有较大的刚度和承载力、较好的延性。

用于钢框架连续性倒塌分析的梁柱栓焊节点模型研究

该文以冷成型方钢管柱-H形梁栓焊节点子结构连续性倒塌性能试验为基础,采用有限元软件ABAQUS对试验结果进行了精细化有限元模拟,较为准确的再现了中柱失效条件下包含梁下翼缘断裂在内的节点全过程受力性能;在此基础上基于组件法和反推法构建了可反映节点内力性态演化过程、断裂及裂后路径发展等非连续变形效应的节点简化模型,同时有效降低了计算成本;将该节点简化模型应用于某5层4跨钢框架结构的非线性动力连续性倒塌分析,计算结果表明竖向位移响应对于是否考虑节点断裂可能具有相当的敏感性,应在抗倒塌性能评估中予以足够的重视。

不锈钢结构梁柱栓焊混接节点研究进展

不锈钢结构具有造型美观、耐腐蚀性好、易于维护和全寿命周期成本低等优点,使其在建筑结构中具有广阔的适用性。本文列举了不锈钢结构的典型工程实例,整理并总结了不锈钢结构梁柱栓焊混接节点的常用类型及其特点,阐述了国内外栓焊混接节点的研究进展,并提出了现有研究的不足和未来可发展的方向,从而为不锈钢结构栓焊混接节点的理论研究和工程实践提供借鉴。

腐蚀后耐候钢梁栓焊节点的疲劳性能试验研究

裸露使用的耐候钢结构往往在受环境腐蚀的同时还可能承受疲劳荷载.为获得腐蚀后耐候钢梁栓焊节点的疲劳性能,对经过38天乙酸盐雾循环试验后的Q355NHD栓焊节点耐候钢梁试件的疲劳性能进行了试验研究.试验结果显示:腐蚀后的耐候钢梁栓焊节点处的疲劳裂纹均先发生在上翼缘(受压翼缘)过让孔两侧焊趾处,破坏裂纹往往发生在下翼缘(受拉翼缘)过让孔两侧焊趾处;对比未腐蚀普通钢梁栓焊节点的疲劳试验结果,发现耐候钢梁栓焊节点并未由于锈蚀而降低该处焊接的疲劳性能,即在工程疲劳设计中,免涂装耐候钢栓焊节点可以参考涂装普通钢梁栓焊节点进行疲劳设计.

钢梁栓-焊混合连接节点性能试验

为实现工业化建筑快速施工的目标,设计了钢梁现场翼缘对接栓-焊混合连接节点.此节点在拼接处梁的下翼缘及近下翼缘的腹板上焊接法兰板,通过高强度螺栓连接;法兰板上部焊接加劲板,加劲板同时焊接于梁腹板上;腹板采用高强度螺栓连接,上翼缘待腹板和下翼缘安装完成后现场俯焊.为考察此节点在地震作用下的极限承载力、滞回性能及失效模式等性能,设计了3个试件进行单向及低周往复加载试验.试验结果表明,梁节点具有很好的延性转动能力,转角最大可达0.095rad,延性转动后摩擦型螺栓变成承压型高强度螺栓,强度还有一定的提高.最终节点失效是由于连接法兰板的螺栓松动,法兰板缝隙发展,导致螺栓滑丝松动而失去承载能力.

钢框架栓焊节点组件模型抗连续倒塌研究

钢结构的抗连续倒塌能力一般取决于其抵抗局部损伤的能力,但这种能力往往受许多因素影响,目前还没有一个稳定和可靠的判定方法。基于组件法建模原理,将栓焊节点离散为多个对受力有贡献的基本组件,然后通过集成组件来模拟栓焊节点的受力特性,并依此构建了栓焊节点梁柱子结构的连续倒塌数值分析模型。通过与试验结果比较,验证了模型的有效性和合理性。由此表明组件法在连续倒塌研究中具有重要的理论意义和应用价值。

栓焊混接梁柱刚性节点加固的设计与分析

在美国北岭地震和日本阪神地震中,很多钢结构框架的梁柱栓焊混接节点都发生了不同程度的破坏;震后国外对受损节点的修复和加固进行了深入研究,而我国在这方面的研究还相对滞后。本文简要介绍了栓焊混接梁柱刚性节点破坏的主要原因和现在国外常用的加固方法;并根据国外的试验结果,通过一个算例分析,比较了国内外规范和加固前后设计计算栓焊混接节点的不同之处。计算结果显示,对节点的适当加固能够有效地提高节点的抗震性能,有限元计算结果证实了这一点。

火灾下高强钢栓焊连接节点力学性能试验研究

通过栓焊连接节点足尺试验,对比分析Q690和Q9602种强度的高强钢栓焊连接节点在常温和火灾高温下的力学性能。将试验获得的节点承载力与美国、欧洲和中国的现有规范进行对比,验证现有规范对高强钢栓焊连接节点的适用性,并提出高强钢栓焊连接节点的设计建议。最后,对比分析高强钢端板连接节点和栓焊连接节点抗火性能的异同,结果表明高强钢栓焊连接节点抗火性能相对优于高强钢端板连接节点。

火灾下高强钢栓焊连接节点力学性能数值研究

采用ABAQUS对高强钢栓焊连接节点火灾下的力学性能进行模拟,通过经验证的模型对高强钢栓焊连接节点进行参数分析。结果表明:温度升高,节点的极限抗弯承载力M_(max)、节点塑性抗弯承载力M_(y)和节点的初始刚度K_(ini)均降低;强度较低钢材的节点匹配较厚的梁柱翼缘和腹板比强度较高钢材的节点匹配较薄的梁柱翼缘和腹板,可获得相近的节点塑性抗弯承载力以及相近或更高的节点转动能力,从而实现节点优化设计。

梁柱“上焊下栓”节点受力性能

为研究"上焊下栓"节点梁塑性铰与拼接区滑移出现的先后顺序及拼接区耗能所占的比例,通过改变翼缘拼接板的截面面积,设计了2组试件,利用有限元软件ABAQUS对其进行了单调荷载和低周往复荷载作用下的有限元分析;同时以梁柱"上焊下栓"节点的BASE试件为例,对比分析了梁柱"上焊下栓"节点BASE试件与相同参数的"互"字形节点和传统栓焊混合节点的破坏模式、滞回曲线以及骨架曲线。结果表明:当翼缘拼接板为翼缘截面面积的2/3倍~1.0倍时,拼接区的板件变形和滑移能得到充分发展;当翼缘拼接板为翼缘截面面积的1.0倍~4/3倍时,梁拼接区的板件变形和滑移未能得到充分发展;在低周往复荷载作用下,2组"上焊下栓"节点的破坏模式相似,当梁端位移角约为0.024 rad时,梁下翼缘与拼接板开始出现滑移;当梁端位移角约为0.036 rad时,塑性铰出现在悬臂梁上;在整个加载过程中,梁拼接区的板件变形和滑移的耗能占总耗能的39%~45%;梁柱"上焊下栓"节点BASE试件的延性、耗能性能以及变形能力低于相同参数的"互"字形节点,但略高于传统栓焊混合节点。

钢结构焊接与高强度螺栓并用节点的有限元模拟方法的探讨

对钢结构焊接与高强度螺栓连接的栓焊并用节点性能进行研究,以有限元分析做为理论分析方法.节点模拟合理与否直接影响到节点性能理论分析的正确性,因此,从有限元模型单元的选择、属性的设置、网格的合理划分、边界条件的施加、加工顺序的模拟等方面全面合理考虑.

新型带悬臂梁段栓-焊拼接节点力学性能研究

以提出的新型带悬臂梁段栓-焊拼接节点的试验数据为基础,从节点极限承载力、破坏模式、各部件应力分布及塑性区扩展等方面进行非线性有限元模型校验,基于校验后的模型研究了几何、材料及荷载等参数对节点初始刚度及极限弯矩的影响,并提出了节点设计方法。有限元分析结果表明,单向荷载作用下,法兰板的厚度对节点初始刚度的影响较大,当板厚大于20mm时,节点初始刚度和极限承载力显著增加;往复荷载作用下,连接法兰板的螺栓孔周围出现了明显的应力集中现象,随着荷载的增大,高强度螺栓由摩擦型转为承压型;该类型节点力学性能良好,符合工业化装配式钢结构体系设计要求。

下栓上焊梁柱连接节点纯弯试验研究与有限元分析

为研究下栓上焊连接节点在纯弯荷载作用下的受力性能、典型破坏特征、纯弯承载力的计算方法,设计并制作了4个足尺试件,采用三等分点加载方式,利用分配梁制造纯弯段进行纯弯试验。采用ABAQUS有限元软件建模分析,并将有限元结果与试验结果对比验证。分别考虑下翼缘螺栓未发生滑移与发生滑移两种情况,并提出纯弯承载力计算公式。试验和有限元结果表明:在纯弯荷载作用下,全螺栓连接节点屈服荷载与极限荷载最大,栓焊混合连接节点极限荷载最小,但其屈服荷载大于下栓上焊连接节点,在正弯矩与负弯矩加载作用下荷载差别较小,认为翼缘不对称连接不会对节点受弯承载力产生不利影响。破坏现象均为节点出现整体弯曲变形,钢梁上翼缘节点核心区与加载点间出现鼓曲变形,形成局部屈曲。鼓曲出现的位置:全螺栓连接节点距离核心区最远,其次为下栓上焊连接节点,栓焊混合连接节点鼓曲位置距离核心区最近。通过对比有限元模拟与试验结果可知,典型破坏现象一致,且峰值弯矩平均误差较小,约为5%,精度较高。