双拼冷弯C型钢节点初始刚度及承载力理论计算研究

为了研究冷弯C型钢节点的受力性能,发挥其在冷弯薄壁型钢结构中的作用,建立双拼冷弯C型钢梁柱节点力学模型,依据力学原理分别对梁和节点板进行受力分析,建立模型的受力与变形的关系,得出节点在弹性阶段的转角变形及初始刚度的理论计算公式,并根据节点的不同破坏形态计算其屈服承载力。考虑节点板厚度、螺栓间距和C型钢尺寸三种主要影响因素,建立ANSYS有限元模型,进行模拟计算与分析,得到屈服承载力和初始刚度模拟值,将由理论公式计算的理论值与其进行对比验证。研究结果显示:屈服承载力和初始刚度理论值与模拟值均基本接近,说明理论计算公式是合理且可靠的,能够应用于冷弯薄壁C型钢节点的计算当中。

新型承插型盘扣式模板支撑体系承载力计算方法缺陷分析

对承插型盘扣式模板支撑体系的承载力进行准确预测,有着十分重要的工程意义,但目前普遍采用的承载力计算方法中存在诸多缺陷。根据规范建议方法设计搭建某实际工程承重型高大模板支撑体系。通过现场检测以及有限元模拟分析,探讨承插型盘扣式模板支撑体系的承载力计算方法。在有限元分析中,采用水平力法考虑初始缺陷对承载力的影响,在接头处设置转动刚度值以分析钢管接头处刚度的削弱;并将有限元计算结果与现场实测值对比。结果表明:仅仅采用规范建议的方法进行计算,其结果与实测结果误差较大;考虑初始缺陷和节点半刚性后,结果获得改善;进一步考虑接头转动刚度后,承载力计算结果与实测结果吻合较好。说明在承插型盘扣式模板支撑体系承载力计算中应充分考虑钢管接头处刚度的削弱,以保证施工安全。

圆钢管-横向板相贯连接节点轴向刚度研究

为了研究圆钢管-横向板相贯节点的轴向初始刚度,在分析传力方式和局部变形特点的基础上,建立了用于T形节点、十字形节点刚度计算的半圆拱模型、圆环模型,推导了节点刚度理论式.运用麦克劳林级数将理论式中的复杂函数简化为指数函数与幂函数的乘积,再考虑到板管厚度比的影响,利用多元回归分析技术,获得T、十字形节点的轴向初始刚度参数化计算式.研究结果表明:节点轴向初始刚度与弹性模量和主管直径成正比,与板管厚度比呈对数函数关系,与主管径厚比、宽径比(板宽与管直径比)呈相互影响的幂函数、指数函数关系;弯矩和剪力并不影响弹性受力状态下的节点轴向初始刚度,计算式所得初始刚度值与有限元结果的相对误差小于10%.

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 。

节点刚度对管桁架拱稳定性的影响

为研究节点刚度对管桁架拱稳定性的影响,在节点弹簧单元和壳单元滞回性能一致性得到验证的基础上,采用往复荷载下的变刚度弹簧模型代替壳单元考虑节点的半刚性。弹簧模型的节点刚度方程由节点域壳单元模型在往复荷载加载作用下的骨架曲线确定。以矢跨比为0.29、跨度为50 m的管桁架拱为算例,采用材料与几何非线性有限元法对节点域弹簧模型和普通模型进行稳定性分析。结果表明:“静力失稳模态”为空间管桁架拱的最不利初始缺陷形式;节点刚度对管桁架拱的承载力影响程度与考虑初始缺陷的大小、分布形式和荷载作用范围有关。

电弧增材制造T形件连接节点力学性能研究

电弧增材制造(WAAM)技术在结构工程领域有着广泛的应用前景,具有生产效率高、设备成本低、材料利用率高和环境可持续性等优点。为了探究WAAM碳钢T形件连接节点的力学性能,设计一系列共12组由WAAM碳钢T形件、高强钢(HSS)T形件和高强螺栓组成的连接节点试件,通过试验研究螺栓线位置与螺栓排列方式对试件初始刚度、破坏模式及极限承载力的影响。采用三维激光扫描技术测量WAAM碳钢T形件相关几何参数,采用数字图像相关技术(DIC)辅助测量了T形件连接节点在加载过程中的位移响应。结果表明:WAAM碳钢T形件具有较好的力学性能,当螺栓线与腹板翼缘连接处距离减小时,试件的初始刚度与极限承载力均呈上升趋势,而失效模式均为预期的翼缘破坏,且螺栓未发生断裂。通过对比试验结果和现有设计规程计算结果,对相关计算方法的适用性与准确性进行评估,发现现有设计方法高估了试件的初始刚度,对破坏模式的预测较为准确,但对极限承载力的预测偏保守。最后,对已有计算模型进行修正,修正后的计算模型对连接节点极限承载力的预测效果较好。

厚度比对圆钢管-横向板相贯节点静力性能的影响

为了分析横向板厚度与圆钢管管壁厚度之比(简称厚度比)对圆钢管-横向板相贯节点受力性能的影响,建立了T形、十字形圆钢管-横向板相贯节点的有限元模型,阐述了有限元建模特点,确定了节点局部变形和刚度的获取方法,经对比,确定0.08塑性应变准则为节点承载力的判定方法.根据大量有限元计算结果分析了厚度比对T形、十字形节点承载力和节点轴向初始刚度的影响.研究结果表明:节点轴向承载力和初始刚度随着厚度比的增加而增大,但增幅降低,厚度比大于0.8时影响较小,可忽略不计,厚比为0.4~0.8时,其对节点承载力和刚度有一定的影响.

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.

高强铝合金螺栓球节点轴向受力性能与初始刚度计算模型

为研究复合材料-铝合金空间结构中高强铝合金螺栓球节点的轴向受力性能和变形特征,开展了高强铝合金螺栓球节点的拉伸与压缩足尺模型试验。通过试验获得了节点轴向受力的力学响应、承载力及其破坏模式,建立了螺栓球节点轴向受力下轴对称平面有限元计算模型。模型关键点位的应变、变形数值计算结果与试验结果吻合较好。基于能量法原理,根据螺栓球节点的拉伸及压缩荷载作用下弹性应变能分布特点,将其划分成5个区域。通过几何参数相关性分析,拟合各区域弹性应变能算式,进而得到了节点整体初始刚度算式。利用初始刚度算式及平面有限元分析两种方法,对5个不同尺寸的螺栓球节点的初始轴向刚度进行计算,发现计算结果误差在10%以内,验证了初始刚度算式的正确性。

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。

空间角柱端板连接节点有限元分析

利用有限元分析软件ANSYS建立强轴和弱轴连接均存在的空间端板连接角柱节点及仅强轴连接存在的平面端板连接节点模型,分析空间端板连接角柱节点与平面端板连接节点性能的差异和在空间荷载和平面荷载作用下,空间角柱节点强轴连接的初始转动刚度和弯矩承载力的变化。研究表明,与平面节点相比,空间角柱节点强轴方向的初始转动刚度和承载力均有大幅提高;与平面荷载相比,空间荷载作用下,空间节点的初始转动刚度变化较小,但对节点域柱腹板产生不利影响,降低了空间角柱节点的弯矩承载力。

钢梁-钢管轻骨料混凝土梁柱节点抗震性能分析

在当前的建筑行业发展形势下,技术与社会快速发展,必须对此做出更广泛的研究,节点作为建筑整体的核心部位,其作用在建筑结构中毋庸置疑,而复杂节点也是现如今研究的难点,可借鉴成果不多。而现如今,对钢梁与钢管轻骨料混凝土柱节点的研究还比较少,本文使用大型通用软件ABAQUS,通过分析并建立包括轴压比的不同情况模拟以及对不同环板宽度情况下节点的承载力及抗震性能的研究。共建立两组模型,5个试件模型进行对比。本文的本构关系,是通过对大量论文的查阅以及对比选取得出的钢材与煤矸石混凝土的材料本构关系。通过对加强环板宽度、轴压比两个影响参数的模拟研究,并分析发现,构件的滞回曲线形状与饱满度受到轴压比大小的影响,在轴压比增大的同时,构件的承载力略减小,延性及滞回能力有所下降,而构件的初始刚度没有明显改变。环板宽主要是对曲线数值有影响,曲线的形状与饱满度无明显区别。

钢板组合剪力墙-钢梁外肋板节点静力拉伸有限元分析

利用有限元软件ABAQUS对钢板组合剪力墙-钢梁外肋板节点进行静力拉伸数值模拟,以外肋板截面高厚比、外伸梁段长度和剪力墙外包钢板翼缘的宽厚比为参数,对节点外肋板的加强作用和初始抗拉刚度、抗拉承载力和应力分布进行了分析和理论研究,并单独考虑在剪力墙外包钢板翼缘的应力影响区设置栓钉,通过改变栓钉的间距和数量来研究对抗拉承载力的影响。结果表明:节点通过外肋板对外伸梁段翼缘的加强作用,使得水平荷载大部分传到外肋板,外包钢板翼缘弹塑性变形得到控制;改变参数对抗拉承载力、初始抗拉刚度的影响很小,节点的初始抗拉刚度较大;设置栓钉并不会显著提高节点的抗拉承载力,栓钉间距越小,弹塑性变形越小,栓钉的个数对弹塑性变形影响较小。

复式钢管混凝土钢梁半穿心节点抗震性能研究

设计了复式钢管混凝土钢梁半穿心加肋加腋型节点,制作了4个梁柱试件组合体进行低周往复加载试验,并采用ABAQUS有限元软件建立了节点数值分析模型。半穿心节点刚度较大,破坏模式主要为梁端塑性铰破坏,节点试件的滞回曲线呈明显的纺锤形,耗能性能较好,有限元分析结果与试验结果吻合较好。利用有限元模型研究了节点构造、几何参数和材料参数对半穿心节点的破坏模式和承载力的影响。参数分析表明:梁柱线刚度比及轴压比对节点初始刚度影响显著;轴压比和钢梁强度对节点极限承载力影响较大;而节点的变形能力受轴压比影响较大;钢梁强度和轴压比的提高可导致柱端发生压弯破坏。通过试验和有限元模拟可知,半穿心节点能够满足刚性节点初始刚度、承载力及延性等方面的要求且抗震性能较好。

方钢管再生混凝土长柱单偏压性能试验研究

文章以再生粗骨料取代率、钢管壁厚、长细比和偏心率为变化参数,通过对15根方钢管再生混凝土长柱进行单向偏心受压试验,研究了方钢管再生混凝土长柱偏心受压的受力性能。研究结果表明:钢管再生混凝土长柱偏心受压破坏分为端头压曲破坏和整体弯曲失稳破坏2个大类,方钢管对受压膨胀的再生混凝土有很好的约束作用,方钢管再生混凝土偏压长柱与普通钢管混凝土偏压长柱同样具有良好的承载力和变形能力;试件的承载力和初始轴向刚度随着长细比和偏心距的增大而减小,随着钢管壁厚的增加而提高;添加再生粗骨料导致试件承载力和初始轴向刚度降低,添加粉煤灰后试件承载力总体有所提高,添加膨胀剂试件的承载力有一定提高。

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。

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。

空间网壳相贯节点受力性能有限元分析

为研究空间网壳相贯节点的受力性能,采用有限元软件ABAQUS建立非线性杆系、实体有限元模型,深入探讨了圆筒相贯、直接相贯两种不同相贯形式节点在轴力、弯矩、剪力复合作用下的复杂应力、变形分布以及应力集中现象;利用两种不同方式,对节点域初始刚度进行评价;计算了节点的承载能力以及安全储备,并探讨了改进节点性能的设计方法。有限元分析结果表明:两种连接形式在应力、变形、承载力等方面基本一致,极限荷载约为设计荷载的2.04倍,具有较大的安全储备;圆筒相贯节点应力集中现象较直接相贯节点有一定缓解,应力集中现象可能会导致局部屈服,存在安全隐患,可通过加厚相贯区域、在此区域进行倒角处理等措施予以解决;圆筒相贯节点比直接相贯节点刚度大,直接与圆筒相连的杆件比既与圆筒相连又与旁边杆件相连的节点刚度大,根据欧洲规范的分类方法以及与杆系模型对比分析,两种形式节点在工程中可以视为刚性连接。

钢管桁架节点效率系数研究

为对桁架节点受力性能及其与桁架整体力学性能的相互关系进行研究,基于已有的桁架节点承载力及刚度计算方法,得到了桁架节点承载力效率系数和刚度效率系数两个无量纲参数。其中节点承载力效率系数定义为腹杆轴力作用下节点承载力与腹杆发生强度破坏承载力的比值,节点刚度效率系数则定义为腹杆轴力作用下节点轴向刚度与腹杆线刚度的比值。在此基础上,给出了考虑节点力学性能影响的钢管桁架抗弯刚度及承载力简化计算方法,对工程常见参数范围内的矩形及圆形钢管桁架节点承载力、刚度效率系数进行参数分析。结果表明:桁架节点刚度及承载力效率系数实质上反映了钢管桁架节点与腹杆力学性能的量化相互关系,其可在桁架层面对不同类型的节点力学性能进行比较,还可以作为节点力学性能评估和方案优化设计的通用评价指标;依据节点承载力、刚度效率系数可对钢管桁架抗弯刚度及承载力进行快速、准确地估算;为避免桁架由于节点失效过早发生破坏,建议将节点承载力效率系数大于0.8且节点刚度效率系数大于5的桁架定义为满足“强节点弱构件”设计理念的桁架。

T形截面钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁加强环筋连接节点抗震性能试验研究

在传统外加强环节点的基础上,提出一种T形截面钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁加强环筋节点。以牛腿长度、环筋直径和环筋设置方式为主要参数,设计了7个节点试件,并通过静力和拟静力试验,探讨了试件的破坏特征、受力和抗震性能。研究结果表明:设置环筋的试件表现出典型混凝土梁端塑性铰破坏,未设置环筋的试件破坏源于牛腿翼缘与管壁间焊缝撕裂,呈脆性破坏;屈服前梁端纵筋承担了绝大部分弯矩,并通过环筋和牛腿实现了弯矩和剪力在梁柱间的可靠传递;带环筋试件滞回曲线呈饱满的弓形,而无环筋试件滞回环捏拢严重,呈耗能能力很差的Z形;各试件承载力退化趋势基本一致,且均出现明显刚度退化,具有相似的割线变化规律;节点域剪切变形对结构变形的影响几乎可以忽略不计;加大牛腿长度能显著提高节点初始刚度与极限荷载,小直径环筋在往复荷载作用下能够达到屈服,减少节点域环筋数量虽对初始刚度及耗能性能影响较小,但承载力却出现了一定幅度的降低。钢管混凝土组合柱-钢筋混凝土梁加强环筋节点抗震性能良好,能够实现"强节点弱构件"的抗震设计目的。