大吨位销轴连接节点的静力性能研究

目前销轴连接节点已被广泛运用于实际工程中,但大吨位销轴连接节点足尺试验还较为少见,销轴与耳板间相互作用对节点承载力的影响研究仍有所不足。为研究是否设置内耳板加劲板、销轴制造误差、销轴盖板是否松动等因素对销轴连接节点力学性能的影响,完成了2组2 000吨级的足尺试验和10组有限元模型分析。研究结果表明,加劲板对限制内耳板变形的作用较强,但对限制外耳板相对变形的作用较弱;设置加劲板可以有效降低销轴中部的应力水平,但也将导致销轴端部的应力集中现象加剧;销轴孔和销轴间的间隙增大将导致销轴受压的孔壁出现应力集中现象;销轴盖板的刚度不足将导致销轴的应力水平升高。销轴连接节点在加工制作时需保证销轴孔径的加工精度,在安装时应保证销轴盖板具有足够的刚度且与销轴可靠连接。研究结论可为同类大吨位销轴节点的设计和应用提供参考。

带PEC柱钢板剪力墙结构(弱轴连接)抗震性能有限元分析

为研究边缘柱为部分外包混凝土组合柱的钢板剪力墙结构(弱轴连接)的抗震性能,使用有限元软件ABAQUS完成1榀边缘柱为H型钢柱、5榀边缘柱为PEC柱的钢板剪力墙结构(弱轴连接)在循环荷载作用下的有限元数值模拟,得到结构的应力分布、破坏模式、滞回曲线、耗能性能、骨架曲线以及刚度退化曲线,并完成了1榀带PEC柱的钢板剪力墙结构(弱轴连接)的试验,验证了有限元模拟的正确性.分析表明在钢板剪力墙结构中(弱轴连接),将PEC柱作为剪力墙的边缘框架柱,同样可以很好的约束屈曲后的钢板剪力墙,使其充分发挥屈曲后的性能,显著提升整体结构的抗侧刚度、承载力以及耗能性能.

销轴连接对ZF5000/17/28型液压支架稳定性的影响

以ZF5000/17/28型液压支架为例,结合销轴连接对液压支架稳定性影响,介绍一种液压支架稳定性影响分析方法。此方法主要采用ADAMS和ANSYS两种仿真软件,可从动力学和静力学两个角度进行液压支架稳定性分析。对比工程应用分析结果与仿真分析结果,确认液压支架稳定性影响分析方法具有较高精准性。

销轴连接结构的接触应力分析

销轴连接结构是工程中最为常用的一种传力结构,对其进行细致的接触应力分析,研究各参数对接触应力大小和分布的影响,对此类传力结构的设计与应用显得尤为重要。该文以佛山东平大桥为例,在验证有限元模型接触参数设置的基础上,计算东平大桥在竖转脱架状态下销轴连接结构的接触应力,计算结果与实测结果相比,基本反应了接触应力的大小和分布,证明了有限元模型的可靠性。在此基础上,研究了提升力大小、材料本构关系等参数对销轴连接结构接触应力大小和分布的影响,得到以下结果:材料本构关系和提升力大小的选取是影响销轴连接结构接触应力大小和分布的关键因素;接触区域的摩擦因数对计算结果几乎无影响。

梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点的滞回性能研究

针对钢框架梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点的滞回性能和骨架曲线,参照梁柱强轴连接的削弱参数,设计了梁柱弱轴连接翼缘削弱型节点系列试件,应用有限元软件ANSYS研究了削弱区中心至柱中心线距离、削弱宽度以及削弱深度对节点滞回性能的影响。研究结果表明:在往复荷载作用下,节点屈服以前,模型的削弱参数对节点的骨架曲线影响不大;节点屈服以后,削弱参数对节点的屈服荷载和极限承载力的影响比较明显,其中削弱部位的深度对骨架曲线的影响最大,削弱区中心至柱中心线距离对骨架曲线的影响次之,削弱部位长度对骨架曲线的影响最小。研究还表明强轴连接的削弱参数不能完全适用于弱轴连接节点,并给出了梁柱弱轴连接削弱参数的取值范围。

钢梁柱半刚性节点顶底角钢弱轴连接的有限元分析

空间钢框架结构的高等分析必须考虑梁柱弱轴连接的抗弯特性。为研究钢梁柱节点弱轴连接的弯矩-转角性能,进行3个顶底角钢弱轴连接大尺寸试件的单调加载试验,并建立有限元分析模型,有限元分析考虑几何大变形、材料非线性和接触非线性。为与试验结果对比,有限元分析采用的构件几何尺寸、材料特性、摩擦系数等参数和加载过程均与试验相同,对比显示有限元分析结果和试验结果吻合较好。这进一步明确了顶底角钢弱轴连接的应力分布、塑性发展、变形特点、接触摩擦状态和破坏模式。研究表明:顶底角钢弱轴连接具备一定的弯矩承载能力和良好的转动变形能力,顶角钢可以形成3个塑性铰机构;角钢弱轴连接与角钢强轴连接不同的是,柱腹板过于薄弱可以改变弱轴连接的变形模式;顶底角钢弱轴连接在使用荷载作用下接触状态稳定。

弱轴连接的梁柱狗骨式节点性能研究

在钢框架中梁柱弱轴连接同强轴连接一样普遍,其理论分析和设计更为困难,研究其节点的性能具有重要的理论意义和重大的工程应用价值。狗骨式节点是针对传统刚性节点延性不容易保证、容易发生脆性断裂的缺陷提出的一种新型节点。考虑几何、材料和接触3种非线性的ANYSYS有限元软件,对弱轴连接的梁柱狗骨式节点在单向和循环荷载作用下的受力特点及抗震性能进行研究。结果表明:通过对靠近节点处梁翼缘的适当削弱,可以使得在结构刚度和强度降低较小的情况下,节点的延性显著增加;使地震作用下塑性铰偏离脆弱的节点焊缝,出现在具有较大延性的梁端,以充分发挥钢材的塑性性能。

销轴连接对液压支架稳定性及可靠性的影响

支架结构件和四连杆机构间均通过销轴连接,其结构尺寸和受力状况对液压支架的稳定性和可靠性有很大影响。通过分析销轴、底座孔和连杆孔的间隙与连杆倾斜角的关系,以及四连杆销轴连接组合对顶梁横向偏移量的影响,给出了相应的计算公式及减小顶梁偏移的措施,推导了销轴和支架孔挤压面接触压力的分布函数;从结构和材料强度的角度给出了提高销轴连接可靠性的措施。

基于光弹实验的销轴连接应力分析

典型销轴连接的局部结构和内部应力状态十分复杂,目前关于销轴连接的计算方法计算精度不足,设计过程中通常选用较大的强度储备来弥补。以典型的履带起重机变幅拉板的销轴连接为例,基于相似理论,完成变态模型光弹实验,分析销轴连接受力特性,研究销孔拉板的应力状态。以销孔拉板的变态模型光弹实验结果为导向,设置销轴连接有限元仿真模型的参数,为销轴设计和校核提供参考。

钢框架梁柱弱轴连接节点地震下的断裂行为

钢框架梁柱弱轴连接同强轴连接一样普遍,其理论分析和设计更为困难,研究其节点的性能具有重要的理论意义和重大的工程应用价值.考虑几何、材料和接触3种非线性因素,选用ANYSYS有限元软件对钢框架梁柱弱轴连接节点在循环荷载作用下的断裂行为进行研究,结果表明:通过对接焊缝沿梁高度和宽度2个方向的开裂指数分析,在循环荷载作用下对接焊缝是断裂最易发生的薄弱环节,而脆断的主要原因是焊缝两端存在严重的应力集中及焊缝处于三向受力状态.并提出了节点脆性断裂的预防措施.

肋板加强式新型工字形柱弱轴连接的抗震性能有限元分析

基于一种新型节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接的研究成果,进行梁端肋板加强式节点抗震性能的研究。利用有限元软件ABAQUS对模型进行非线性分析,得出节点的破坏形态和焊缝等关键部位的应力分布情况。通过计算得出荷载-位移曲线、骨架曲线、极限承载力、位移延性等节点参数,并对其延性及耗能能力与标准新型弱轴连接试件进行对比分析。研究结果表明:肋板加强式弱轴连接节点能够有效地迫使梁端塑性铰外移,从而实现"强柱弱梁"的抗震理念。肋板加强可以改善新型弱轴连接梁柱翼缘对接焊缝和蒙皮板的应力分布并提高节点的刚度和承载力,具有较标准新型弱轴连接更好的抗震性能。

H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出了一种适用于工字形柱箱形节点域的H形梁翼缘双肋板加强式弱轴连接;应用ABAQUS有限元软件对标准节点、梁翼缘外侧双肋板加强式节点和梁翼缘内侧双肋板加强式节点共7个足尺计算模型进行了力学性能分析,研究了节点破坏模式、滞回特性、骨架曲线、耗能能力、塑性转动能力和延性等问题。结果表明:箱形节点域双肋板加强式弱轴连接能够有效地在梁端形成塑性铰,并且塑性铰远离节点核心区,从而实现强柱弱梁和强节点弱构件的抗震理念;梁翼缘内侧双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘外侧双肋板加强式节点相同的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力;梁翼缘双肋板加强式节点的耗能能力和延性系数都有显著提高,塑性转动能力达到FEMA-267建议的0.03rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。

带悬臂梁段拼接的异型节点弱轴连接的抗震性能有限元分析

为研究带悬臂梁段拼接的异型节点弱轴连接形式的破坏形态及抗震性能,应用ABAQUS软件对该异型节点进行分析。分析在柱端位移循环荷载作用下,带悬臂梁段拼接的异型节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数、刚度退化曲线、承载力及延性系数等,并与标准异型节点进行对比。分析表明:与标准异型节点相比,带悬臂梁段拼接的异型节点的承载力和刚度虽有所降低,但位移延性和耗能系数均有显著提高,具有更好的抗震能力。

H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式弱轴连接的抗震性能分析

提出一种适用于H形柱的箱形节点域的H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接。应用ABAQUS软件,对标准节点、梁翼缘对称双肋板加强式节点、梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点和梁翼缘扩翼板加强式节点共4个足尺的计算模型进行力学性能对比,分析研究了节点的破坏特点、滞回性能、骨架曲线、耗能特性、塑性转动能力和延性等问题。研究结果表明,H形梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式的弱轴连接能够有效地在梁端形成"塑性铰",并且"塑性铰"远离节点核心区,从而实现"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震理念。梁翼缘非对称双肋板加强式节点可以达到与梁翼缘对称双肋板加强式节点相似的抗震性能,并且改善了梁柱翼缘对接焊缝的应力。梁翼缘非对称双肋板与扩翼板加强式节点的耗能能力和延性系数较扩翼板加强型节点显著提高,塑性转动能力能达到美国FEMA-267建议的0.03 rad,符合国际上对节点塑性转动能力的要求。

梁端加腋型异型节点弱轴连接的抗震性能有限元分析

针对钢结构中通常存在异型节点的实际情况,基于目前对钢结构弱轴连接的研究成果,应用ABAQUS 6.11对钢结构异型节点的弱轴连接形式进行分析。分析在柱端位移循环荷载作用下,梁端加腋型异型节点弱轴连接形式的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、能量耗散系数、刚度退化曲线、承载力及延性系数等,并与标准异型节点进行对比。结果表明:相比于标准异型节点,加腋型异型节点的承载力提高10.35%,初始刚度提高6.83%,能耗系数提高约12.07%,但位移延性降低27.48%,承载力得到提高的同时,大幅度的延性下降会增加脆断发生的可能性。

箱形节点域DRBS型弱轴连接抗震性能有限元分析

为了研究箱形节点域翼缘双削弱(double reduced beam section,DRBS)工字形柱弱轴连接节点的抗震性能,设计了两个系列模型。应用有限元软件Abaqus对第2个削弱区段的长度和深度的取值进行了研究,分析了节点的破坏形式、等效塑性应变、承载力、延性、塑性转动能力及耗能系数等,并与箱形节点域翼缘削弱(reduced beam section,RBS)型弱轴连接节点进行了对比分析。结果表明:在循环荷载作用下,在第2个削弱区段的削弱长度等于第1个削弱区段长度且第2个削弱区段的削弱深度取值宜略大于美国FEMA-350规范推荐的上限值时,箱形节点域DRBS型节点具有良好的抗震性能。与RBS型节点相比,DRBS型节点的承载力降低不明显,但是显著降低了最大等效塑性应变,提高了节点的延性和塑性转动能力。此外,DRBS型节点减缓了梁腹板和翼缘的局部屈曲的发生,从而提高了节点的累积耗能能力。

方管束腹板削弱型弱轴连接的抗震性能影响因素分析

基于箱形节点域加强式工字形梁柱弱轴连接的基本形式,提出了一种新型的方管束腹板削弱(STW-RBS)型弱轴连接,这种连接是在塑性铰预期出现的位置用方钢管来取代梁平腹板而达到削弱的目的。为了研究该新型连接的抗震性能,设计了8个STW-RBS型弱轴连接节点试件进行有限元变参数(钢管中心距蒙皮板距离L、方钢管的边长A以及方钢管的厚度S)分析,并且设计了一个AW-RBS(Accordion Web RBS)型弱轴连接节点进行对比分析,主要从节点的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性系数以及塑性转动能力等分析节点的抗震性能。结果表明:STW-RBS型弱轴连接节点的削弱参数取值范围为L≤0.55h,A≥0.6b_f,S=t_w(h为梁截面高度,b_f为梁翼缘宽度,t_w为梁腹板厚度);在参数选取合理的情况下,STW-RBS型弱轴连接节点的延性系数可以达到6.0且塑性转动能力不小于0.06 rad,塑性铰出现在方钢管处,钢柱和节点域基本处于弹性状态,满足"强柱弱梁,强节点弱构件"的抗震设计理念;STW-RBS型弱轴连接节点与AW-RBS型弱轴连接节点的抗震性能基本一致。

销轴连接的几种有限元模型比较

为提高有限元分析的精度,整体有限元模型的建立变得更为重要。建立整体有限元模型关键在于对零件连接点的处理。销轴连接在工程机械中有广泛的应用,针对销轴连接建立了几种有限元模型并进行了比较。

节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点的滞回性能研究

采用有限元软件ABAQUS对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接普通节点和腹板开孔型节点进行有限元分析,研究了开孔参数、轴压比、钢材强度对节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接腹板开孔型节点滞回性能的影响。分析结果表明:在循环荷载作用下,在弹性阶段节点腹板开孔参数对节点骨架曲线影响不大;进入弹塑性阶段后,开孔参数对节点的承载力影响较大,其中开孔直径对节点的滞回性能影响最大,开孔位置次之;轴压比对节点的滞回性能基本无影响;随着钢材强度的提高,节点的屈服承载力和极限承载力随之也提高,并且其延性也在降低,中强度钢材可以满足延性的要求,因此可以通过提高钢材的强度来提高节点的抗震性能。另外提出了一种适用于弱轴连接的加强型与腹板开孔型并用的新型节点。通过有限元分析发现新型节点能够综合加强型节点与腹板开孔型节点的优点,实现塑性铰外移和增加使用功能的要求,有效地保护节点,达到"强节点弱构件"的目的,具有一定的工程应用价值。

钢管腹板削弱型梁柱弱轴连接的抗震性能影响因素分析

在节点域箱形加强式工字形梁柱弱轴连接和钢管腹板削弱型(tubular web reduced beam section,TW-RBS)连接的基本形式上,提出了一种工字形柱与H形梁的钢管腹板削弱型弱轴(weak axis tubular web reduced beam section,WA-TW-RBS)连接。设计了3个系列共14个WA-TW-RBS弱轴连接节点的对比分析模型,采用有限元软件Abaqus对钢管的直径、厚度以及钢管中心距蒙皮板外边缘的距离进行了变参数分析,研究这些参数的变化对节点滞回性能、刚度退化、节点延性和塑性转动能力的影响。研究结果表明:在上述参数合理的取值范围内,WA-TW-RBS连接节点的延性系数能达到3.0以上,节点的塑性转动能力不小于0.03rad,并且能有效地实现塑性铰外移,是一种非常理想的钢框架抗震节点形式。所有模型在分析时,钢柱和节点域都处于弹性阶段,满足"强柱弱梁"和"强节点弱构件"的抗震设计理念。