拼装式波纹钢衬砌结构法兰连接节点力学性能试验与数值分析

为研究暗挖衬砌中使用的波纹钢结构法兰连接节点的受力性能,设计对该类节点进行抗弯试验研究及数值分析。对法兰连接波纹钢试件、带有加强构件的试件与无连接钢板试件进行纯弯试验研究,监测各个试件在纯弯曲状态下的应变和变形,同时改变法兰板厚度与波纹板厚度两种参数,研究其对于连接节点承载能力的影响。运用有限元法对板件在试验工况下的响应进行模拟,改变法兰板厚度、螺栓预紧力及荷载方向以探究其对法兰板的响应。结果表明,构件的几何参数将导致节点破坏模式与承载能力的不同,相对较弱的构件将控制节点处的承载能力。所选用的两类加强方式均对构件的强度与刚度有较好的加强效果。有限元计算结果与试验结果吻合较好,法兰板厚度和螺栓预紧力均对节点的力学性能产生了一定影响。节点承受负弯矩状态下的刚度有所降低,约为承受正弯矩时刚度的50%~65%。

衬里管调整段的设置方法

对衬里管的设置目的及其分类、不同衬里管直管的最大长度、现场制作调整段的方法一一详细阐述,进而对比国内项目和国外项目中不同衬里管的调整段设置方法,找出其差异,最终目的为日后其他设计项目提供多种衬里管调整段的设置方法。

装配式波纹钢板综合管廊连接节点抗震性能分析

为探究波纹钢板综合管廊在低周循环往复荷载作用下的滞回性能,以某波纹钢板综合管廊实际工程为依托,采用数值模拟与试验相结合的方法,研究管廊在横向、纵向、竖向共6种荷载工况下的抗震性能,以及法兰连接、法兰厚度、管廊壁厚(波纹钢板厚度)、螺栓位置等参数对结构滞回性能的影响。研究结果表明:1)在低周循环往复荷载作用下,波纹钢板综合管廊塑性变形能力强,抗震性能良好;但管片拼装节点处是其薄弱位置,易发生脱开现象。2)法兰对结构力学性能及滞回性能的影响显著,但法兰厚度改变对其影响较小。3)环向法兰上螺栓的位置对结构纵向滞回性能影响较大,对其他方向滞回性能则几乎无影响。4)波纹钢板厚度是影响结构抗震性能的关键因素。

焊接工艺对波形钢腹板焊接细节残余应力的影响

为得到一种较优的波形钢腹板-翼缘板焊件焊接工艺,以头道河大桥为工程背景,采用ABAQUS建立了3种不同加载工况下的焊接数值计算模型,得到了焊接过程中焊件的温度场变化,并对比了单面焊件在不同焊接顺序下的纵向残余应力分布,分析了单面焊件和双面焊件在折角区域焊缝的纵向残余应力分布,考虑了变截面对关键细节纵向残余应力的影响。结果表明:焊缝附近的等效残余应力接近Q345钢材的屈服应力,不容忽视;合理的焊接顺序能够降低单面焊件在折角区域焊缝的纵向残余应力;对于双面焊件,先焊一侧的焊缝应力水平低于单面焊件的,而后焊一侧的焊缝应力水平则高于单面焊件的,为减小折角焊缝区域的纵向残余应力,建议采用先焊折角圆弧外侧,再焊圆弧内侧的双面焊焊接工艺;关键细节的纵向残余应力与翼缘板厚度呈负相关。

波纹钢衬砌法兰接头受弯力学性能数值分析

为进一步研究波纹钢衬砌法兰接头受弯力学性能及其影响因素,建立波纹钢衬砌法兰接头的四点弯曲计算模型并验证其准确性。以波纹钢型号、法兰板厚度和螺栓型号为变量设计正交试验,通过变形云图总结破坏模式,对M-θ曲线的原点刚度与极限弯矩进行方差、极差分析,再结合法兰板与螺栓的应力-弯矩曲线揭示结构破坏时构件的相互作用机理,最后提出弯矩系数α以定量区分法兰接头类型。研究结果表明:结构原点刚度受波纹钢型号影响最大;正弯矩荷载下极限弯矩由法兰板起主导作用,其破坏模式为法兰板面外屈曲破坏,螺栓对其影响不大但应力已达极限;负弯矩荷载下极限弯矩受螺栓与法兰板共同影响,破坏模式可根据变形特征分为法兰板控制型、螺栓控制型和综合控制型,所提出的相对弯矩系数α可准确定量区分其破坏模式;在纯弯荷载下法兰板与螺栓最大Mises应力均呈现四阶段增长特征,负弯矩荷载下的法兰板最大Mises应力随螺栓型号变化不显著。

波形焊接线连接的法兰节点承载力机理分析

波形焊接线连接的法兰节点以承载力高、受力性能优良等特点在工程中得到了逐步应用,为了对波形焊接线连接的法兰节点的承载力机理进行分析,首先采用理论计算方法,分析了焊缝有效长度对节点承载力的影响规律,并与环形焊缝的平焊带颈法兰节点进行了对比;其次,采用有限元手段进行参数化建模,找出节点的最优波形并对其承载力进行了计算;最后,对4个波形焊接线连接的法兰节点和4个平焊带颈法兰节点进行了轴压和轴拉试验研究,并讨论了轴拉试验中焊接热对节点承载力折减的影响。研究结果表明:相较于平焊带颈法兰节点,波形焊接线连接的法兰节点通过增加焊缝的有效长度能够使节点的承载力提高;波形焊接线能够将焊缝缺陷以及焊接热影响区从同一断面错开,减小局部应力集中,从而提高承载力。