X型矩形钢管相贯节点平面内抗弯刚度研究

在分析平面内弯矩作用下节点有限元模型的局部变形特征和借鉴前人将节点强度计算的塑性铰线模型改进用来建立T型节点轴向刚度计算模型的基础上,建立用于X型矩形钢管相贯节点平面内抗弯刚度计算的6杆系模型,并利用最小势能原理确定6杆系模型中每根杆的跨度和截面宽度,在分析确定了每根杆的边界条件后推导出节点平面内抗弯刚度理论公式.通过对节点板壳有限元模型计算所得数据进行单参数分析,研究各参数对节点抗弯刚度的影响,在此基础上修正节点刚度理论公式,并利用多元回归分析技术,最终建立可用于工程计算的节点平面内抗弯初始刚度参数化公式,并通过有限元计算结果来校验其合理性.

TX型方钢管相贯节点X支管平面内抗弯刚度分析

为了分析TX型方钢管相贯节点在复杂边界条件下X支管平面内抗弯刚度的影响,以相贯节点足尺试验为基础,采用量纲分析得到影响相贯节点抗弯刚度的主要无量纲参数,利用有限元软件分析X支管平面内抗弯刚度受主要无量纲参数的影响,并展开研究.试验表明:主管的轴向拉力可以略微提高X支管平面内抗弯刚度.通过分析几何因素对抗弯刚度的影响,结果表明:X支管平面内抗弯刚度主要取决于X支管与主管的宽度比和宽厚比.

半刚性节点初始刚度的组件式计算模型

为了简便、准确地模拟半刚性梁柱节点的力学性状,在欧洲规范(EuroCode3)组件方法的基础上,建立各种荷载模式下T型件的组件式模型,并通过将梁柱半刚性节点等效为一系列T型件的组合,建立由一系列等效弹簧与杆件组成的半刚性梁柱节点的组件式计算模型.与EuroCode3相比,该方法的特点在于以T型件为基本分析单元,采用单个弹簧代替多个弹簧来模拟每个T型件.结果表明,T型件的拉力-位移关系曲线与精细数值计算、试验成果吻合良好,且计算的梁柱节点初始刚度、弯矩-转角关系曲线与试验值很接近,验证了本文方法的正确性.

主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯性能试验研究

对主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点在支管平面内弯矩作用下的极限承载性能进行单调加载的试验研究。实施6个不同截面几何参数的主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯极限承载力试验。介绍了节点试验方案,描述了X形圆钢管混凝土节点平面内弯曲破坏现象,给出荷载-支管端位移曲线、弯矩-主管局部变形曲线、弯矩-转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和平面内抗弯刚度的影响进行讨论。试验研究结果表明:主管灌混凝土后并没有在主管中形成明显的刚域;在一定参数条件下,主管中灌混凝土的X形圆钢管混凝土节点平面内受弯极限承载力、抗弯刚度均随着β、τ值的增加和γ值的减小而提高;各试件在最大弯矩作用下,所有试件的支管根部测点都进入塑性,主管上大部分测点保持弹性状态;主管中灌混凝土对圆钢管节点平面内抗弯极限承载力有一定的提高,在一定参数条件下提高甚至达到48%,但若实际工程中取欧洲规范弯矩值与支管全截面塑性弯矩值中的最小者计算节点抗弯承载力,在一定的钢管几何参数下不一定是安全的,需要进行深入的有限元参数分析。

腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯性能试验研究

对腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点在腹杆平面内弯矩作用下的极限承载性能进行了单调加载的试验研究。实施了6个不同截面几何参数的腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯极限承载力试验。本文介绍了节点试验方案,描述了节点平面内弯曲破坏现象,给出了荷载—腹杆端位移曲线、弯矩—弦杆局部变形曲线、弯矩—转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将腹杆与弦杆外径比β、弦杆径厚比γ和腹杆与弦杆壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和抗弯刚度的影响进行了讨论。试验研究结果表明:γ和τ值最大的试件平面内抗弯刚度模式接近刚域模式,其余试件接近非刚域模式;在一定参数条件下,腹杆内灌混凝土的节点试件平面内抗弯承载力、初始抗弯刚度都随着β值的增大和γ值的减小而提高,提高的程度与β、γ具体大小有关,而τ值对抗弯承载力和抗弯刚度的影响不大;各试件在最大弯矩作用下,除τ值较大节点试件的腹杆上所有测点都保持弹性外,其余试件腹杆上测点则部分进入塑性;所有试件的弦杆测点均进入塑性;若实际工程中取欧洲规范弯矩计算值与腹杆全截面塑性弯矩计算值中的最小者计算节点抗弯承载力,则τ值较小节点试件的平面内抗弯极限承载力与理论弯矩相当,而τ值较大节点试件的平面内抗弯极限承载力低于理论弯矩,偏于危险,需要进行深入的弹塑性理论分析。

X型方钢管相贯节点抗弯刚度的影响因素

分析相贯节点几何参数对刚度的影响,有助于了解相贯节点的抗弯机理。以X型方钢管相贯节点为研究对象,利用ANSYS有限元软件,通过节点弯矩-转角曲线分析相贯节点支管与主管宽度比β、主管宽厚比γ以及支管与主管厚度比τ对平面内抗弯刚度的影响。结果表明:γ和τ一定时,节点抗弯刚度随着β的增加逐渐增大,在线性段增加幅度较大;τ和β一定时,节点抗弯刚度随着γ的降低而增大,在线性段增加明显;γ和β一定时,随着τ的变化,节点抗弯刚度基本不变。影响节点抗弯刚度的主要几何参数是β和γ,τ的影响不显著,但随着β的增加,τ的影响有所提高。

钢结构端板节点初始刚度的影响因素

考虑处于弹性工作阶段的钢结构 ,给出端板连接的初始刚度的计算公式 。

高温下H型钢焊接空心球节点抗弯力学性能研究

采用有限元分析对H型钢焊接空心球节点高温下的抗弯性能进行研究,温度范围为20〜800℃,模拟得到常温和高温下节点的弯矩一转角曲线。通过对球径、壁厚、H型钢高度、宽度、腹板和翼缘厚度的参数化分析,得到节点高温下塑性抗弯承栽力、极限抗弯承栽力和初始刚度的退化规律,提出承栽力和初始刚度的计算公式。节点受纯弯荷载作用下,H型钢和球节点交界处应力迅速增长,塑性区域从交界处向周围扩展破坏时,球节点发生屈曲破坏,翼缘和腹板较多区域均未达到极限强度。

外加盖板的T形板装配式网壳节点抗弯性能研究

为实现单层网壳结构等大跨度空间钢结构的装配式安装,提出了一种由T形板、盖板、耳板、高强螺栓、封板和圆钢管等部件组成的外加盖板的T形板装配式网壳节点,用于实现大跨度钢结构杆件的装配式连接。通过调整各部件设计参数,可控制节点抗弯刚度和抗弯承载力的变化。采用数值模拟的方法研究了节点在网壳平面内、外方向的抗弯性能,分析了T形板翼缘厚度、T形板腹板厚度、盖板厚度、耳板厚度等参数对节点抗弯刚度、承载能力和破坏模式的影响规律。结果表明:外加盖板的T形板装配式网壳节点具有良好的抗弯刚度和承载能力,通过调整T形板翼缘厚度、T形板腹板厚度、盖板厚度和耳板厚度等参数,可以调控节点在网壳平面内、外方向的初始抗弯刚度的差值以及抗弯承载力的差值。

平面X形矩形钢管相贯节点平面外抗弯刚度

为了获得平面X形矩形钢管相贯节点的平面外抗弯刚度计算式,基于节点局部变形特征,借鉴塑性铰线模型,建立了6杆系模型并导出节点刚度理论计算式。为了弥补6杆系模型无法反映主管上、下翼缘对节点抗弯刚度影响的不足,建立了矩形环模型并导出相应的节点刚度理论计算式。综合两个模型,结合参数分析结果对理论计算式进行改进。通过多元回归分析,获得X形矩形节点平面外抗弯刚度参数化计算式。研究结果表明:节点刚度与主管壁厚的三次方成正比,与主管截面宽高比呈线性关系,与支主管截面高度比、支管截面宽度与主管截面高度比呈较复杂且相互影响的关系;支主管截面高度比对节点刚度的影响较大,支主管壁厚比对节点刚度的影响较小;参数化计算式所得刚度值与有限元结果相差大部分小于10%。

弦支穹顶支座处焊接空心球节点压弯状态下力学性能研究

为研究弦支穹顶结构支座处焊接空心球节点压弯状态下的力学性能,考虑焊接空心球壁厚、钢管外径、球外部和球内部加肋方式等因素的影响,采用正交法设计制作了4个试件.通过加载试验和有限元分析,获得了节点荷载-位移曲线、弯矩-转角曲线及破坏模式.进而考虑支座肋板构造的影响,分析了弦支穹顶支座焊接空心球节点压弯状态下的承载力及初始刚度.结果表明压弯受力状态下,焊接空心球节点球管连接处应力增长较快且最先达到屈服,节点在弯矩作用平面内压弯破坏;节点的压弯承载力及节点刚度与焊接空心球壁厚、钢管外径呈正相关;外部肋板构造对压弯状态下节点受力性能影响较小;在弯曲作用平面内合理设置焊接空心球内部加肋能有效提高节点的压弯承载力,但对节点刚度影响不大.

钢框架梁柱组合节点弯矩转角关系分析

根据欧洲规范EC4中的方法对节点的初始刚度进行计算并提出修正的承载力简化计算模型,给出一个三参数幂函数模型对齐平端板组合节点的连接特性进行模拟。提出用拟合曲线与试验曲线耗能能力差值最小的方法来判定M-曲线拟合的程度,进而确定适用模型的形状参数n。并用有限元结果进行验证。

上海光源工程屋盖钢管节点平面外受弯性能试验研究

通过6个足尺模型节点的平面外弯曲加载试验,对上海光源工程屋盖结构中X型圆钢管节点的破坏形态、刚度、承载力及应力分布等进行了系统研究。试验和有限元分析结果表明,节点平面外弯曲失效主要表现为显著的主管塑性变形和焊缝断裂;主、支管弯曲方向对节点初始刚度影响不大,但对极限承载力有一定影响;节点刚度与支管线刚度的比值是判断节点刚性程度的关键指标;节点相贯线区域的不均匀刚度分布导致与其相邻的支管根部截面出现显著的边缘应力放大现象。基于极限变形限值确定的节点实测承载力与各国规范公式计算值的比较表明,API推荐的公式对X型钢管节点平面外抗弯强度提供了较准确的预测。

网架网壳结构半刚性节点试验研究

为研究网架与网壳等空间结构中常用的半刚性Socket节点在纯弯和压弯荷载作用下的受力性能,完成了3个Socket节点试件在纯弯荷载作用下的试验和6个Socket节点试件在不同比例的压弯荷载作用下的试验,并将节点在纯弯荷载和压弯荷载作用下节点的受弯承载能力进行了比较。在此基础上,提出了节点弯矩-转角曲线的简化模型。研究表明:Socket节点在纯弯荷载和压弯荷载作用下都表现出了较好的弯曲承载力和延性;节点在压弯荷载作用下的初始弯曲刚度和屈服弯矩要高于其在纯弯荷载作用下的初始弯曲刚度和屈服弯矩;节点的初始抗弯刚度随着压弯荷载比例的增大而增大;对于以Socket节点连接的空间结构,采用纯弯荷载作用下得到的节点抗弯刚度计算结构的承载力偏于保守。

迁安文化会展中心平面张弦梁结构稳定性研究

对于平面张弦梁结构设计,结构体系撑杆平面外稳定是结构设计的关键因素。以迁安文化会展中心平面张弦梁结构为分析实例,通过改变上弦梁与撑杆的连接方式及不同的预应力度、撑杆抗弯刚度、次梁抗弯刚度,建立仿真计算模型。考虑结构初始几何缺陷,对此类结构的稳定问题进行分析,得出了撑杆约束条件、预应力度对平面张弦梁结构整体稳定性能的影响规律。进一步提出基于结构体系稳定安全的节点力学性能化设计方法,对于直梁式平面张弦梁结构设计具有一定的指导意义。