标准化Z字形钢结构梁柱连接节点转动刚度研究

为研究标准化Z字形钢结构梁柱连接节点的转动刚度,对翼缘焊接和搭接两种形式的Z字形钢结构梁柱连接节点进行了单调和往复循环加载试验及有限元分析。研究了不同连接节点设计强度对Z字形钢结构梁柱连接节点转动刚度和循环刚度退化等力学性能的影响。结果表明,翼缘焊接和搭接两种形式的Z字形钢结构梁柱连接节点均具有良好的延性和滞回性能。翼缘焊接Z形节点转动刚度表现为刚性连接,翼缘搭接Z字形钢结构节点转动刚度表现为铰接。对于翼缘焊接Z字形钢结构梁柱连接节点,其转动刚度和循环刚度退化程度受焊缝连接强度影响显著。较小的强度设计倍数(0.2~0.4)时节点破坏模式为焊缝率先发生破坏,其节点转动性能表现为半刚性。较大节点强度设计倍数(0.7~1.1)时节点破坏模式转变为构件率先发生破坏,节点表现为刚性连接且其循环刚度退化程度(转角小于0.02 rad条件下)明显小于强度设计倍数较小的Z字形钢结构节点循环刚度退化程度。总体上看,可通过改变节点强度设计倍数来调节其转动刚度。

碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度试验研究

为研究碗扣式钢管支撑架不同构造形式节点的转动刚度特性,提出测定支撑架体的角节点、边节点与中间节点转动刚度的试验方案,对应分别插入2根、3根和4根水平杆的节点转动刚度试验。在利用相应扣件式节点试验来验证本方案合理性的基础上,对当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量进行测定。采用三折线模型对碗扣式节点的M-θ曲线进行拟合,分析了不同水平杆数量对其转动刚度的影响及其破坏特点。研究结果表明:(1)碗扣式钢管支撑架角节点、边节点的转动刚度分别为中间节点转动刚度的77.93%、92.14%,且均高于规范给出的建议值25 kN·m·rad-1;角节点与边节点的转动刚度相对较弱,对架体整体稳定性的影响不可忽略;(2)当地市场随机采购的碗扣式钢管的弹性模量较新构件有不同程度的下降,最大降幅约为30%;(3)碗扣式节点的破坏先后顺序为水平杆、上碗扣、立杆和下碗扣;节点的破坏发生在水平杆接头处,应对此处加强质量监管。相关结论可为同类半刚性节点的转动刚度确定提供参考。

基于OpenSees的木结构节点转动刚度的识别

木结构中的木柱-木梁节点构造复杂,准确量化其转动刚度较为困难。文中以一单榀两层木框架结构为对象,采用零长度单元来模拟榫卯节点的半刚性,建立有限元模型。以节点转动刚度为设计变量,建立优化模型,将有限元模型参数识别问题转化为约束优化问题。即对刚度进行迭代,逐步修正结构模型。研究结果表明该方法能够准确识别出木柱-木梁节点转动刚度,可以为历史建筑中木柱-木梁结构的保护修缮和加固设计提供一定的参考。

基于四点弯曲力学模型的半刚性节点弹性转动刚度研究

半刚性节点的弹性转动刚度对单层网壳整体稳定承载力分析的准确性至关重要。四点弯曲试验是广泛应用于获取半刚性节点力学性能的测试方法,但存在转角测量误差较大的缺陷。本文首先利用能量法原理和挠曲线微分方程,推导出基于四点弯曲力学模型的半刚性节点转角和位移关系的理论公式,进而得到半刚性节点弹性转动刚度公式;随后,利用理论公式将四点弯曲试验测得的荷载-位移曲线转化为节点弯矩-转角曲线(即公式曲线),并与试验直接测得的节点弯矩-转角曲线(即试验曲线)进行对比。结果表明,本文提出的理论公式能够准确的根据荷载-位移曲线计算出弯矩-转角曲线,用位移测量替代转角测量,从而准确计算半刚性节点的弹性转动刚度值,为单层网壳稳定承载力分析时考虑节点的弹性转动刚度提供了依据。

盾构法隧道管片接头转动刚度的理论研究

以上海地铁隧道为工程背景,通过建立能够完整描述接头在任一组合力(弯矩、轴力以及联结螺栓预应力)作用下的受力及变形性状的接头力学模型,分析了管片接头转动刚度的一般变化规律。研究认为,对于给定的管片尺寸,管片接头转动刚度是接头承受载荷水平的函数,减小管片厚度将导致管片接头的正、负弯矩转动刚度的降低,同时,使得二者之间的差值更大,这对于管片接头的受力性能是不利的,而通过改变管片接头中联结螺栓的位置则可以改善这种情形。同时,调整管片厚度以及联结螺栓位置可以实现在不影响甚至提高管片接头受力性能的前提下降低管片厚度以降低工程造价的目的。

三种形状柔性铰链转动刚度的计算与分析

本文针对3种形状的柔性铰链进行力学分析,推导出它们各自绕z轴的转动刚度计算公式;通过计算、比较和分析得出柔性铰链中外形、几何尺寸等设计参数对转动刚度的影响程度。根据分析结果确定3种形状柔性铰链各自的微制造工艺及适用场合。

梁柱端板连接节点的初始转动刚度计算模型

首先利用分解法建立了梁柱螺栓端板连接节点的力学模型 ,然后基于梁板理论给出了节点初始转动刚度的解析公式。公式综合考虑了端板变形、柱翼缘以及螺栓对初始转动刚度的贡献 ,可方便地推广于平端板和外伸加劲端板连接初始转动刚度的计算。公式计算结果和试验结果以及有限元分析结果作了对比 ,吻合较好。同时给出了便于工程设计的简化公式。

H型钢梁与矩形钢管柱端板单向螺栓连接节点初始转动刚度性能

进行了6组平齐式、外伸式端板单向螺栓连接节点试验,并在现有研究成果的基础上,分别推导了单向螺栓抗拉刚度、受拉端板抗弯刚度、柱壁抗拉刚度、柱壁抗压刚度和受压外伸式端板抗压刚度的计算式.利用组件法推导了平齐式、外伸式连接节点在弯矩作用下初始转动刚度的理论计算公式.结果表明:给出的节点初始转动刚度的计算式与试验结果吻合较好,精度可满足工程设计的要求.最后,提出了H型钢梁与矩形钢管(RHS)柱端板单向螺栓连接节点的设计建议.

大转角柔性铰链的结构设计及转动刚度研究

为满足航天可展结构需要,提出了一种大转角柔性铰链,其转动角度可达180°。借助几何运动学理论,进行了大转角柔性铰链的结构设计;并对柔性体的尺寸、啮合曲面轮廓、转动刚度、储存能量等关键问题进行了理论分析。得出了柔性体最小长度、厚度与柔性体转动时的最小弯曲半径之间的关系;给出了啮合面的轮廓计算、铰链的转动刚度、柔性铰链储存能量的计算解析表达式。这一柔性铰链的提出及关键问题的解决为相关领域的研究应用提供了重要的参考。

圆弧形复合柔性铰链转动刚度的研究

为了满足并联机器人机构定位准确、结构紧凑的工作要求,提出一种新型柔性铰链-圆弧型复合柔性铰链。根据材料力学理论,给出了其转动刚度计算公式的推导过程并用ANSYS软件建立了该柔性铰链的有限元模型,通过有限元方法验证了此公式的正确性。

冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中的转动约束刚度

畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的重要屈曲模式,腹板提供给翼缘板的转动约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一。该文对冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中腹板提供给翼缘板的转动约束刚度取值进行了全面深入的研究。首先推导了腹板在8种不同应力情况与变形形状下的转动约束刚度理论计算公式;接着利用这些公式详细讨论了腹板变形形状的影响;最后提出了计算简便且精度较高的转动约束刚度统一近似公式。研究成果为解析法分析卷边槽钢的弹性畸变屈曲、进而提出畸变屈曲荷载的实用计算公式提供了依据和方便。

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅱ)连接转动刚度和算例分析

计算半刚性连续框架柱的有效长度系数时,必须先确定梁柱连续转动刚度。本文提出了计算无侧移框架梁柱连接转动刚度的简化方法:用梁线理论和弯矩-转角曲线确定切线连接刚度。另外,通过两个算例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了连接的非线性弯矩-转角特征和荷载水平大小对有效长度系数的影响,比较了本文简化方法、Barakat-Chen简化方法与精确方法计算的有效长度系数。研究表明,本文简化方法具有很好的精确性,可以代替精确方法用于无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析和设计。

半刚性组合节点初始转动刚度计算

在钢 -混凝土组合框架设计的弹性分析和使用阶段的计算时 ,需要确定节点的初始转动刚度。为此 ,介绍了一个半刚性钢 -混凝土组合节点初始转动刚度的计算方法 。

端板连接组合节点初始转动刚度分析

利用欧洲规范3与欧洲规范4介绍的组件法思想,针对已有的端板连接组合节点初始转动刚度分析方法的不足,提出了端板连接组合节点负弯矩作用下节点初始转动刚度的详细计算步骤;考虑板内纵筋与剪力栓钉竖向位置的不同及桩腹板加劲肋的影响,给出了初始转动刚度组件法分析模型.将分析结果与试验结果进行了比较验证,结果表明该分析方法精度较好,能够用于工程设计中对该类节点初始转动刚度的预测.

柔性铰链转动刚度分析与验证

针对直圆形柔性铰链进行分析,在分析比较通过理论公式和有限元软件计算柔性铰链转动刚度方法的基础上,设计柔性铰链转动刚度测试实验,对计算结果进行实验验证.提出了柔性铰链转动刚度设计的一般思路、方法和应注意问题.

外接式组合桁架节点初始转动刚度研究

新建银西线铁路渭河特大桥主桥为4×60 m钢桁腹-混凝土连续箱梁桥,考虑本桥型中半刚性节点转动性能不明确的问题,该文讨论了对外接式组合桁架节点初始转动刚度及其对桥梁受力性能的影响。首先定义了节点域,然后通过传力路径分析将节点域简化成弦杆、PBL剪力键群以及外露节点板三个有效力学组件,利用组件法原理推导出了各有效力学组件的弹簧刚度表达式,得到节点的初始转动刚度函数表达式。建立了节点有限元模型,并将数值结果与理论结果相比较,验证了模型的有效性以及理论分析的正确性。此研究成果为后续外接式节点的弯矩-转角曲线研究奠定了基础。

门式刚架带加劲肋外伸端板连接的初始转动刚度计算

对欧洲规范Eurocode 3的组件法进行改进,考虑了带加劲肋的外伸端板与柱翼缘之间的拉伸刚度组件,使之可用于计算门式刚架结构中最常见的设置了加劲肋外伸端板连接节点的初始转动刚度,同时给出了该类节点的初始转动刚度的简化分析模型以及详细计算步骤,并通过试验进行了验证。结果表明:所提出的方法计算结果与试验结果吻合较好,可用于目前部分不符合规范刚性连接要求的门式刚架节点的初始转动刚度的确定,并为该类结构整体承载力的分析计算提供依据。

混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度影响的模型研究

为了研究混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度的影响,运用组件法和弹塑性理论提出了混凝土翼板外伸锚固对梁柱端板连接半刚性组合边节点初始转动刚度影响的计算公式,通过与试验结果对比表明:计算值与试验值吻合较好。因此,该计算公式可用于梁柱端板连接半刚性组合边节点刚性的判断和参数研究。

平板柱脚的转动刚度和柱的计算长度

平板柱脚在设计中通常作为铰接支座看待,而实际上却具有相当可观的转动约束作用。已发表的平板柱脚转动刚度的研究,大多结合框架柱的平面内稳定问题,本文则着重分析平板柱脚对轴心受压柱屈曲的约束作用。在细致分析现有试验资料的基础上提出转动刚度的计算公式,进而推出依据刚度系数得出柱计算长度系数的近似公式及利用规范表格查找这一系数的方法。为了进一步简化计算,又提出避开刚度计算直接采用0.75为计算长度系数的论证。最后,还分析了平板柱脚对轻型门式刚架柱平面外屈曲的约束作用,认为可以和平面内稳定一样取计算长度系数0.85。

连续梁的杆端转动刚度及其在力矩分配法中的应用

提出以多跨连续梁为单元参与力矩分配法的设想,导出了任意跨连续梁的杆端转动刚度和结点处弯矩传递系数的递推计算式,使得设想能够实施．改变了传统力矩分配法的渐近解法, 只需一次性分配就可求得精确解．