主管应力对轴力作用下T节点应力集中系数的影响

焊接管节点的疲劳寿命主要由焊趾处热点应力幅大小确定，热点应力幅通常通过节点焊接部位的应力集中系数来计算。管节点应力集中系数大小通常认为由载荷类型以及节点几何参数确定。通过对承受轴力作用的T节点的有限元分析，研究了主管端部应力大小对T节点焊缝周围应力分布的影响，进而得到了主管应力对T节点应力集中系数大小的影响。通过有限元分析发现：主管应力大小会明显改变主管焊趾处应力状况，包括应力分布形式以及应力集中系数大小；但是主管应力对支管焊趾处应力分布以及应力集中系数大小基本无影响。

轴力作用下T节点焊缝周围的平均应力分布

平均应力模型法是评价海洋平台管节点疲劳寿命的一种方法,这种方法认为节点的疲劳寿命是由热点应力幅值和焊缝周围的应力分布确定的。管节点焊缝周围应力分布通过一个平均应力分布参数AVS描述。文章研究了轴力作用下T节点的AVS大小,通过对127个不同几何参数的T节点模型进行计算,调查了几何参数对AVS的影响,提出了用于计算AVS的参数方程,从而完善了传统的平均应力模型,为轴力作用下T节点的疲劳寿命计算提供了一种快速而高效的方法。

主管管壁加厚型圆钢管T节点的滞回性能分析

在足尺试件试验研究的基础上,采用有限元软件ANSYS对低周往复荷载作用下的T型圆钢管节点进行了滞回性能分析。所采用的有限元模型分析结果与试验结果进行了对比,两者吻合良好,从而验证了有限元模型的可靠性。在此基础上,对主管管壁加厚节点模型的滞回性能进行有限元参数分析,从而得到加厚参数对T节点滞回性能的影响规律。

高温环境中主管轴力对焊接圆钢管T节点承载性能的影响

利用有限元软件ABAQUS建立T型圆钢管节点热传导分析模型,通过与已有试验数据进行对比,验证了所建有限元模型的可靠性。利用提出的有限元模型分析了不同主管轴力作用下的T型圆钢管节点在火灾环境中的失效过程,研究了主管轴力对T型圆钢管节点临界温度的影响规律。分别讨论了采用屈服强度折减和弹性模量折减的方法预测T型圆钢管节点在高温下的极限承载力,并将预测结果和有限元分析结果进行了对比,给出了这两种方法用于工程设计时的建议。

扩孔型T型钢梁柱连接节点抗震性能分析

高强螺栓连接的钢梁柱节点可通过增大螺栓孔的方式延续耗能来提升节点的抗震性能,为研究扩孔T型梁柱节点的抗震性能,对4个悬臂式T型梁柱节点低周往复加载试验展开数值模拟研究,利用ABAQUS中C3D8I实体单元建立有限元分析模型,分析T型连接件尺寸、螺栓规格、梁截面尺寸对扩孔T型连接节点的滞回性能、刚度退化及耗能性能的影响规律。结果表明:扩孔后的T型节点出现明显的滑移特征,滑移过程中可以耗散大量能量,4个扩孔T型梁柱节点的耗能能力均较常规孔节点有明显提升;对于初始转动刚度较低的常规孔构件,T型节点的耗能能力相对较弱,经扩孔处理之后,节点的耗能能力提升幅度更大;由于承载力机制的先后转变,扩孔之后的构件中期承载力小于常规孔构件,后期的极限承载力基本相同。

高温后铝合金T型连接梁柱节点滞回性能试验研究

为研究高温后铝合金T型连接梁柱节点滞回性能,以温度值、恒温时间为变化参数,设计了4个T型节点试件进行了高温后低周往复加载试验。通过试验观测了T型节点试件的破坏过程,同时获取了试件升温曲线、滞回曲线、骨架曲线、延性指标、承载力及刚度退化曲线等,并由此分析了节点破坏机理、承载能力以及抗震性能。试验结果表明:受到低周往复荷载作用后试件的破坏模式均表现为节点板的弯剪破坏,滞回曲线不饱满;高温后试件极限承载力随着恒温时间的增加而减少;与常温下的铝合金T型节点试件相比,经历高温后的试件刚度退化幅度及延性增加;螺栓滑移可增加试件耗能,但摩擦力在滑移阶段初期对常温试件产生不利影响。

不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点试验研究

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个管节点试件并完成了加载,基于试验结果重点研究了各管节点试件的试验过程、破坏模式、荷载-位移响应和应变发展等;按中国规范GB 50017和欧洲规范EN 1993-1-8进行了节点承载力计算,并与试验值进行了对比。研究结果表明,对于支管承受轴向压力的管节点试件,以主管上表面塑性破坏为主;对于支管承受水平低周往复荷载的管节点试件,以主管上表面塑性变形和主管与支管之间连接焊缝断裂破坏为主;当管节点破坏模式符合现行规范GB 50017和EN 1993-1-8中规定时,相关承载力计算公式仍适用于此类不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点的设计计算。

环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点滞回性能试验研究

为研究环口板加强带脱空缺陷的钢管混凝土T型节点的抗震性能,完成了12根节点试件在主管受恒定轴拉力与支管受轴向往复荷载作用下的滞回试验,基于试件破坏模式、荷载-位移滞回关系和应变发展考察了采用环口板加强带脱空缺陷T型节点试件的效果,并对比分析支主管直径比和主管径厚比对试件加强效果的影响。试验结果表明:采用环口板加强T型节点有效抑制了脱空缺陷导致的主管塑性变形,并实现带缺陷T型节点承载力、刚度、延性和耗能能力的完全恢复,甚至优于相应的无脱空试件,其中加强试件的承载力较带脱空缺陷试件提升12.6%以上,较无脱空试件提升6.5%以上,表明经合理设计的环口板加强措施能够弥补脱空缺陷对节点抗震性能的不利影响。

复合材料T型节点强度直接计算模型研究

针对T型节点强度预测大多是通过试验进行,但试验测试存在周期长、成本高等问题,特别是对节点进行尺寸优化后再次进行试验效率较低,有必要针对复合材料T型节点直接计算模型进行研究,实现对T型节点强度的快速校核。因此以复合材料T型节点作为研究对象,参考相关规范确定节点直接计算模型的边界条件、尺寸以及强度校核标准,得到一个用于T型节点强度校核的直接计算模型。

海洋石油工程固定式导管架平台T/K/Y节点马鞍口建模

海洋石油工程固定式导管架是海上油气资源开采的重要设施,是由钢管相贯焊接形成的空间桁架结构。导管架的主要焊接结构是T/K/Y节点,T/K/Y节点中存在大量的马鞍口结构。目前,对马鞍口的加工及焊接主要以二维图样贴片为主,尚无软件可实现管节点马鞍口的参数化三维建模。在分析马鞍口相贯线机理的基础上,建立马鞍口相贯线的数学模型,并基于此利用Unity3D编写了绘制马鞍口相贯线的通用软件,实现了马鞍口的参数化三维建模,有效解决了实际生产中T/K/Y节点马鞍口难以建模的问题,为管节点马鞍口的加工及智能焊接提供精确的模型。

基于角钢连接的GFRP梁柱T形节点性能研究

采用设置上下角钢的连接形式,设计了不同类型的GFRP梁柱T形节点,通过对八个节点构件进行单调加载试验,并结合有限元分析,研究了角钢类型、螺栓排距、螺栓端距以及螺栓排数对GFRP梁柱T形节点承载力及变形性能的影响。研究结果表明:与未设置加劲肋相比,增加加劲肋可显著减小角钢转角处的变形,设置三角形加劲肋提高了GFRP梁柱T形节点的承载能力和转动刚度;节点的极限承载力随螺栓排距的增大而提高,随螺栓端距的增大而降低,随螺栓排数的增加先提高后降低;转动刚度则随排距和端距的增加呈现先增大后降低的趋势。在本文分析的参数范围内,GFRP梁柱T形节点采用设置两排螺栓的角钢连接可获得较优的力学性能,同时排距为45~50 mm,端距为55 mm较为合理。

带球冠形脱空缺陷的圆钢管混凝土T型相贯节点的滞回性能研究

为研究球冠形脱空缺陷对圆钢管混凝土T型相贯节点抗震性能的影响,以脱空率、支主管直径比和主管径厚比为主要试验参数,完成了18个圆钢管混凝土T型节点试件在主管承受恒定轴向拉力和支管承受往复轴向荷载作用下的滞回性能试验,考察了球冠形脱空缺陷对其失效模式、滞回曲线、骨架曲线、承载力、刚度和耗能的影响规律。建立了有限元分析模型,分析了球冠形脱空缺陷对主管钢管与核心混凝土之间接触应力发展的影响规律,开展了脱空率、支主管直径比、主管径厚比、混凝土强度、钢材强度和轴拉比等参数对节点受拉承载力影响的参数分析。结果表明:球冠形脱空缺陷的存在会改变节点的失效模式,导致节点的承载力、刚度和耗能能力均有不同程度的降低,并削弱主管钢管与混凝土之间的相互作用,影响节点的荷载传递机制。最后,提出了考虑球冠形脱空缺陷影响的圆钢管混凝土T型节点受拉承载力折减公式。

T形圆钢管节点受弯抗震性能试验研究

为了研究T形圆钢管节点受弯抗震性能,进行了支主管直径比不同的2个节点受循环往复弯矩作用下的试验研究。试验结果表明:节点主要耗能方式为主管管壁的塑性变形和裂纹扩散,在试验后期还有一部分耗能来自支管根部管壁的塑性变形;最终破坏模式为节点域主管管壁延性撕裂破坏;节点的荷载—相对位移滞回曲线饱满,开裂后节点承载力逐渐下降,裂纹延性扩散,表现出良好的抗震耗能能力。试验所得的极限承载力比规范计算值高了20%~33%。对比2个节点的试验数据及结果,发现支主管直径比较大节点的延性和耗能能力均比支主管直径比中等节点的更好。

钢结构螺栓T形外部节点安装的抗震性能

为进一步提高钢结构螺栓节点安装的抗震性能,本文提出使用普通摩擦高强度螺栓和盲板螺栓连接的新型节点。为了研究T形外部节点的抗震性能,通过准静态试验对四个全尺寸节点进行试验。试验结果表明,当漂移比为5%时,CMS3的骨架曲线一直延续,具有较好的延性,而CMS1、CMS2、CMS4的骨架曲线分别在漂移比4.2%、3.9%、3.8%的位置上停止变化。且可以观察到CMS3的滞回曲线比CMS2更饱满,主要因为盖板可以减少柱-柱竖向连接的开口变形,提高节点的阻力。综上所述,试样CMS3的抗震性能最好。

支管轴力作用下T形圆管节点热点应力分布研究

对支管轴力作用下的T形圆管相贯节点焊缝处热点应力分布开展研究,并提出了其应力分布曲线方程。利用径向拉伸法建立了T形圆钢管相贯节点的有限元网格模型,对焊趾处热点应力分布的计算结果进行了可靠性分析,并将三种不同密度网格模型的应力分析结果与试验结果对比表明基本网格密度满足计算精度要求。分析了T形圆钢管相贯节点在支管轴力作用下的热点应力沿相贯线的分布规律,考查了四个无量纲几何参数对应力分布曲线形状的影响,在此基础上拟合并确定了基于三角正弦函数的曲线修订公式。经与UCL公式和试验数据的对比统计分析,表明该曲线修订公式具有更高的精度。

L形包角环口板加强方钢管T形节点轴向滞回性能研究

为研究L形包角环口板加强方钢管T形节点(LCPT)轴向滞回性能,对一组包角环口板加强T形节点进行轴向往复加载试验,并与未加强(URT)和覆板加强节点(DPT)进行对比。结果表明:包角环口板加强节点的轴向滞回性能较优,LCPT试件比URT试件的最大荷载可提高103.2%;LCPT试件比DPT试件的累积耗能能力更好,且LCPT试件比DPT试件的拉压对等性更好。进一步对包角环口板尺寸和屈服强度进行有限元参数分析,结果表明:包角环口板厚度是影响LCPT节点轴向滞回性能的关键几何参数,提高包角环口板屈服强度可提高节点承载力,但对节点耗能能力几乎无影响。最后,对比覆板、环口板、包角环口板三种方钢管加强节点的承载和耗能机理,包角环口板加强节点的轴向滞回性能更优。

一种包板加强T型管节点的简化算法

包板在海洋工程结构中有着广泛的应用,限于其复杂的受力特性,对其力学性能一直没有可量化的计算方法。利用有限元分析方法对包板加强的T型管节点,分别在轴向受压﹑轴向受拉和受弯曲工况下的承载能力进行研究,在宽幅值包板极限承载力公式的基础上,结合API RP2A中简单节点的计算方法,给出了可量化的适用于工程实践中的窄幅值包板加强T型节点校核计算公式,并给出包板与弦杆连接角焊缝选择方法。分析结果表明,该简化计算方法能够有效体现出垫板各参数对承载能力的影响,对包板设计起到指导作用,能够有效简化包板设计的计算过程。

S900级高强矩形截面T型节点力学性能与承载力分析

针对T型S900级高强钢矩形截面相贯节点展开力学性能分析与承载力计算分析研究,首先采用ABAQUS建立T型高强钢节点的精细化有限元模型,并采用已有试验结果进行验证;然后进行全面的参数影响分析,研究T型相贯节点中几何参数主、支管边长之比、壁厚之比及主管边长与壁厚之比对节点受力性能和破坏形态影响,分析评价其受力性能、变形性能及破坏机理;最后对比分析国内外规范承载力计算方法。分析研究结果表明:目前的国内钢管节点设计公式,即GB50017-2017中相关公式计算结果与T型高强钢相贯节点承载力较接近;而CIDECT的建议公式则在一定程度上高估了其承载力,分析结果可为其分析和设计提供参考。

椭圆钢管T型节点应力集中系数分析

为预测椭圆管节点的疲劳性能,优化节点构造设计,以椭圆钢管T型节点为切入点,采用数值模拟方法分析了长轴-长轴、长轴-短轴、短轴-短轴3种可能的连接形式在支管轴拉、面内弯曲和面外弯曲作用下节点的热点应力位置和应力集中系数,同时分析了管壁厚度对应力集中系数的影响。结果表明:进行椭圆钢管节点热点应力试验测点应重点布置于鞍部;在支管轴拉、面内弯曲和面外弯曲作用下,管壁厚度越小,应力集中系数越大;从节点的抗疲劳性能和经济性出发,面外受弯时,建议椭圆钢管节点构造设计以长轴-长轴为主,轴拉和面内受弯时,建议以短轴-短轴为主。

方支管-H型钢主管T型节点滞回性能研究

T型节点是钢结构中常见的节点形式之一。为研究T型节点的抗震性能,将16个尺寸不同的试件分为四组,其中两组不设加劲板,对照组设加劲板。利用ABAQUS软件进行数值模拟,分析了不设加劲板和设置加劲板的情形下支管宽度与主管翼缘宽度比β、支管厚度与主管翼缘厚度比γ两个参数对节点滞回性能影响,结果表明:无论是否设置加劲板,当轴向荷载取设计中的最小值时,在水平往复荷载作用下,节点滞回曲线均呈饱满梭形,且随着β、γ增大,节点承载能力增大,耗能能力增强;随着轴向荷载增大,无论是否设置加劲板,在水平往复荷载的作用下,各试件承载力均出现降低的迹象,这种现象在β、γ取设计中的最小值时尤为明显;对于设置加劲板的试件,与未设加劲板的试件相比,其承载力提高,抗震性能变好。