钢管相贯节点焊接残余应力与热损伤的非线性有限元分析

分析钢管相贯节点的残余应力是研究其极限承载力和疲劳寿命不能回避的问题。针对K形钢管相贯节点焊接时的热作用特点,通过对焊接过程中加热与冷却温度场的正确描述,并采用相应的热传导数学和物理模型,进行温度场和应力场的耦合计算,考虑钢材热物理、力学参数随温度变化的非线性性能,得出的残余应力分布规律与残余变形,比较理想地与节点试验的破坏模式相吻合。针对相贯节点试验中支管屈曲的破坏形式,提出了焊接热损伤的概念和机理。

钢管相贯K型节点焊接残余应力的数值模拟与试验分析

钢管相贯焊接节点是空间钢管桁架的常见连接方式,为了深入研究钢管相贯节点的极限承载力和疲劳寿命,对K型钢管相贯节点的残余应力进行了分析。针对K型钢管相贯节点焊接时的热应力特征,通过对焊接过程中加热与冷却温度场的正确描述,并采用相应的热传导数学和物理模型,进行温度场和应力场的耦合计算。计算中考虑了钢材热物理参数和力学参数随温度变化的非线性性能,得到的残余应力和残余变形分布规律与K型钢管相贯节点试验的破坏形态吻合较为理想,据此提出焊接热损伤对节点破坏形式有一定影响的观点。

伞形钢桁架结构焊接相贯节点的力学性能

空间焊接相贯节点受力复杂,对大尺寸、多平面支管及空间多向加载作用下相贯节点的承载力设计方法,目前相关的设计规范并未给出详细规定。因此,有必要针对焊接钢管相贯节点在空间多向加载作用下的性能进行分析。以山西省太原南站为工程背景,选取其屋盖结构——伞形空间钢桁架下弦节点为研究对象,采用ABAQUS对其进行有限元分析,计算了节点在空间多向加载作用下的应力、变形分布,并重点探讨节点相贯区域内不同加劲构造措施对节点强度和刚度的影响。分析结果表明:支管与主管相贯区域为节点受力最不利位置,尤以受拉支管与主管汇交处最为明显;圆形截面支管屈服先于矩形截面支管;相对于"井字形加劲肋"构造,"横隔板+纵向加劲肋"构造有效提高节点承载能力,但在纵向加劲肋与横隔板相交处,存在局部塑性变形。

北京A380大跨机库节点承载力试验研究

对北京A380机库的关键焊接空心球节点与焊接矩形钢管相贯节点在特定受力条件下的极限承载能力进行了理论分析与试验研究。通过有限元非线性分析确定节点的受力性能,并对节点的构造提出改进意见,然后以模型试验验证节点的极限承载力。研究表明:(1)焊接空心球节点与焊接矩形钢管相贯节点的设计承载力较高,完全能够满足设计方的要求,具有良好的工作性能;(2)在主管轴力较高的情况下,焊接矩形钢管相贯节点的破坏以主管破坏为主;(3)在复杂节点设计与分析中,应合理考虑节点的受力情况,将理论分析与模型试验相结合以确定节点承载力是非常有必要的。