考虑局部屈曲加劲钢箱形构件极限承载力的纤维梁柱模型

大型桥梁加劲钢箱形构件的极限承载力会受到板件局部稳定性能的影响,而目前尚缺乏成熟的可直接计入局部屈曲的高效计算模型。归纳总结国内外钢构件计算方法对局部屈曲的处理方式,明确以有效应力法即采用板件(或加劲板)平均受压应力-应变曲线简化局部屈曲效应的研究思路。通过有限元程序ANSYS二次开发钢板拉压非对称本构模型,提出一种可直接计入局部屈曲的纤维梁柱模型。材料本构模型中受压应力-应变曲线通过小型的加劲板板壳模型得到,且全面考虑了焊接残余应力与几何缺陷。搜集已开展的钢箱梁、钢桥塔及钢拱肋的稳定性试验,采用提出的纤维梁柱模型、板壳模型与传统弹塑性梁柱模型进行分析,展示截面纤维划分策略,验证文中纤维梁柱模型的可靠性与高效性;通过设置不同的缺陷参数,探讨缺陷水平与局部屈曲对各个构件极限承载力的影响。研究表明,随着缺陷水平的严重,局部屈曲会显著降低极限承载力,提出的纤维梁柱单元模型能够有效地预测加劲钢箱形构件的极限承载力,具有较广泛的应用前景。

新型密柱支撑张弦铝合金结构设计与施工关键技术研究

世博温室项目屋盖为任意不规则曲线组成的无曲率平面,采用异形多边形网格加大透光率,基于这些特点,选型最终定为张弦铝合金网格结构。本项目挤压出新型“日”字型挤压铝合金构件以更好地承受屋盖面内弯矩,保证杆件与整体结构平面内有效传力。设计了新型刚接板式节点并通过足尺试验和精细化有限元分析研究了节点刚度与极限承载力,试验及有限元对比分析结果表明,该类节点有较高的抗剪、平面内和平面外承载力。阐述了弯扭构件数字化加工工艺及不规则铝合金特殊单元式的装配式预拼装技术,引入立面幕墙与主体结构一体化设计技术,其中立面幕墙面板设计首次通过整体协同分析考虑了主体结构变形的影响,计算结果表明设计构造满足要求。重点说明了双向正交布置拉索的施工张拉模拟计算方法,验证了索力分级张拉时结构处于安全状态,张拉完毕结构变形满足要求。

凤凰古城旅游服务中心结构设计

凤凰古城旅游服务中心为造型复杂的钢桁架结构,桁架跨度31.2 m,端部悬挑10 m。文章对结构桁架选型进行了对比,对构件截面选择进行了分析,通过柱截面增设加劲板、采用变截面弦杆来优化结构,并对变截面弦杆连接提出了采用内坡口的施工要求,相应做法可供类似项目参考。

板式T型构件角接合多指标稳健优化设计

为增强板式家具角接合强度,提高家具结构质量的稳定性,对以18 mm厚刨花板为基材的T型构件进行角接合强度稳健优化设计。选取圆榫直径(6、8、10 mm)、圆榫长度(30、40、50 mm)、连接件种类(二合一连接件、三合一连接件、四合一连接件)及连接件长度(35、40、45 mm)为设计因素,采用L_9(3~4)正交表进行试验方案设计。使用ANSYA有限元软件,对构件进行模拟抗弯测试,将构件的形变量、连接件及圆榫的最大等效应力作为衡量指标,通过稳健设计田口法结合灰色关联分析法对板式T型构件角接合强度进行多指标稳健优化。结果表明:长40 mm的四合一连接件,配以长为30 mm,直径为8 mm的圆棒榫为本研究的稳健优化结果。选取各因素中间水平为初始对照组,优化后构件的形变量减少1.71 mm,连接件的等效应力减小207.94 MPa。虽圆榫的等效应力有所增加,但综合性能有所提升,灰色关联度由0.60增加至0.78,提高30%。试验证明:田口法结合灰色关联分析法可有效将板式家具研究中的多指标问题转化为单一问题进行研究,实现板式家具的稳健设计,进而实现家具结构质量稳定性的提升,延长家具的使用寿命。

汽车底板前横梁内板热成形工艺

针对汽车底板前横梁内板的热成形过程中存在的工艺难点进行了研究,在常规热冲压工艺基础上进行改进,通过有限元仿真软件Autoform建立了有限元模型,对汽车底板前横梁内板热成形过程进行了模拟。分析不同的模具结构及成形方式后发现,在采取增加零件圆角半径并且采用分步热冲压成形的方法时,零件最大减薄率下降到0.146,最大增厚率下降到0.110,成功解决了汽车底板前横梁内板在成形过程中存在的局部起皱开裂问题。并对试制零件进行了力学性能与微观组织检测,发现经过分步热冲压后,微观组织完全马氏体化,抗拉强度为1350 MPa,通过实际制造的汽车底板前横梁内板零件验证了该方案的可行性。

双曲复杂钢结构制作工艺研究与应用

钢结构加工质量是现场安装精度与进度的保障,依托首都博物馆东馆工程项目,针对复杂钢结构造型,分析双曲复杂节点、钢结构与钢筋连接节点及铸钢节点的设计、优化并加工成型,总结复杂钢结构工程加工工艺,具有广泛的应用前景。

激光焊接技术导入工程机械结构件制造的范式研究

高效、高精、绿色的激光焊接技术日渐成为结构件制造的主流方式之一。激光焊接技术在中厚板结构件制造上的成功导入已成为工程机械行业技术领先的重要标志。由于工程机械制造批量化、加工精度要求低等特征,提升了激光焊接技术导入中厚板结构件制造应用的难度。总结了典型工程机械结构件特点,从工艺—设备—产线3个层次梳理总结了该技术导入过程待解决的关键问题。依据工程开发经验,明确了中厚板结构件激光焊接工艺技术及成套装备开发要点,提出了激光焊接技术向工程机械结构件一般制造的导入范式,并基于范式提出了后续工艺全面导入的工作思路,总结了四大基础工作。

设计参数对双钢板混凝土偏压构件受力性能的影响

为探究管幕预筑结构受力机理,对双钢板混凝土偏压构件受力性能进行研究。完成了4根双钢板-混凝土组合构件的偏压试验,建立有限元模型,通过计算结果与试验结果的对比,验证了模型的正确性和可靠性。以端部约束形式、界面连接形式、偏心距为参数进行数值分析,结果表明:钢板混凝土偏压构件中,当端部约束足够强(看作刚臂)时,混凝土与两侧钢板共同参与受力,截面应变基本符合平截面假定,不存在界面滑移,在不考虑屈曲的前提下,连接件的设置对构件承载力没有影响,承载力最高;当端部约束不够强,外荷载不能同时作用在混凝土和两侧钢板上时,在钢板与混凝土间设置连接件可提高构件的承载力,钢板与混凝土界面设置为合并重合结点时,构件承载能力最高。

玻璃企业硅砂侧卸方案优化

在玻璃生产中,硅砂是广泛使用的主要原料。随着硅砂运输工具的升级,硅砂侧卸车在玻璃企业中得到了广泛的应用。根据现有硅砂侧卸方案的运行状况,通过对劳动强度、质量保证和经济性的分析,提出了适合硅砂侧卸料生产企业应用的优化改进方案。

全装配式高桩码头结构创新设计

针对传统高桩梁板码头预制构件数量多、运输量大,施工现场模板、焊接工程众多、施工空窗期少的设计短板,以连云港港某液体散货泊位为例,采用一种标准化、大构件、少节点的全装配式码头结构形式。考虑施工期安装工况,桩基采用三点支撑布置形式,上部结构根据功能分解为3个标准模块化预制构件,即预制横梁及前后预制π形板。通过桩基与预制横梁以直代弯新型钢结构桩芯、预制横梁与预制π形板钢筋套筒连接等关键节点连接技术,实现全装配式码头结构设计,同步配备附属设施、监测方案等成套设计技术,为全装配式码头在各类功能泊位中的推广应用提供借鉴。

铁磁性平板构件远场涡流传感器设计与仿真分析

远场涡流检测技术不受集肤效应的限制,其相对于传统涡流检测技术而言,能够对金属构件的更深层缺陷进行检测,首先介绍了平板远场涡流的一些研究现状,分析了平板远场涡流的检测原理和传感器设计要求,在此基础上,设计了基于圆柱和矩形结构的2种传感器模型,分析了2种模型在平板构件中所感应磁场的分布规律,并对比了其对不同板厚的检测能力。结果表明:矩形激励线圈能在平板中感应出定向传播的磁场,可以利用矩形结构的远场涡流传感器对较厚平板构件中缺陷的深度和长度进行定量检测。

预应力碳纤维板加固受弯构件的试验研究

传统外部粘贴碳纤维增强复合材料加固技术无法充分发挥材料性能,加固效果有限。预应力碳纤维加固技术可有效解决上述缺陷,成为目前碳纤维加固研究的重点。作者研发了对碳纤维板进行预应力加固的设备,在此基础上进行了8根采用外部粘贴预应力碳纤维板加固的受弯构件的模型试验,研究了预应力碳纤维加固对试件承载力、使用阶段变形、碳纤维应用效率及延性的影响。试验结果表明:预应力碳纤维板加固可显著提高受弯构件开裂及屈服荷载,减小构件使用阶段内的变形,充分利用碳纤维材料性能;通过仔细设计构件延性可满足工程需要。

板式构件加固衬砌裂缝的模型试验研究

为了得到板式构件对隧道衬砌裂缝的加固效果,采用模型试验方法,对带裂缝衬砌加固前后的力学特性进行研究。通过对衬砌加固前后位移、接触应力、结构内力和破坏形态的考察,得研究成果:隧道产生裂缝后,发生位移早且位移量增大、承载能力降低,并将衬砌的破坏由墙脚压溃转变为裂缝处拉裂;通过板式构件加固后,产生变形较晚且位移量减小38.5%,板式构件有效的改善整个结构的受力状态并阻止裂缝的发展,显著提高了整体结构的抵抗变形能力和承载能力;既有衬砌承担的轴力占合力的73.9%,其仍然是加固后组合结构的承载主体;若采用合适的板式构件进行加固,其承载力完全可以恢复到甚至超过完好衬砌的水平。

新型装配整体式混凝土梁板节点试验研究

为考察新型装配整体式结构的混凝土梁板节点沿叠合面配置格构钢筋和拉毛处理等构造措施的可靠性,本研究分别制作了2组不同板厚装配叠合梁板节点和2组不同板厚现浇梁板节点进行足尺单调静力加载试验,测试了梁板节点混凝土和钢筋的应变、节点荷载-挠度关系等,并根据其受力过程分析破坏模式。研究认为按照等强度条件设计的装配叠合梁板节点的破坏模式与现浇构件基本相同,本研究的叠合梁板节点连接构造满足承载能力和正常使用极限状态的要求,表现出良好的力学性能。

NAFC、LCFC板及其与轻钢龙骨自攻螺栓连接性能

进行了 NAFC、L CFC板及其与轻钢龙骨自攻螺栓连接性能试验研究 ,得到了 NAFC、L CFC板的力学特性及其采用自攻螺栓与轻钢龙骨连接的承载力及荷载 -位移特征 ,结果表明 NAFC、L CFC板具有轻钢龙骨复合承载体系所需的结构性能 ,均可作为轻钢龙骨体系合适的结构板材 ;两种板材均有明显的方向性 ,纵向纤维受力结构性能明显好于横向纤维受力 ;板材与龙骨间自攻螺栓连接的性能与板的性能有明显对应关系 ,承载力主要由自攻螺栓孔边板的承压强度控制。

支撑节点板对铰接框架梁柱附加弯矩的影响

为研究产生层间变形时支撑的节点板对钢框架梁柱铰接节点产生的转动约束能力及在梁柱中产生的附加弯矩,并揭示这种附加弯矩对梁柱设计的不利影响,利用ANSYS通用有限元程序中的壳单元建立了单斜支撑框架结构的单层单跨模型,分析了附加弯矩与层间侧移的关系.按支撑受压和受拉时两种状态,分别研究了节点板厚度、边长和柱轴压比、钢材强度等关键因素对铰接框架梁柱附加弯矩的影响规律.分析表明:梁柱附加弯矩随层间侧移的增大而增大,若节点板尺寸较大,甚至会迫使节点板边缘处的铰接梁柱形成塑性铰;弹性阶段支撑受压时的附加弯矩小于支撑受拉的情况;梁柱附加弯矩随柱轴压比增大有减小的趋势.依据统计参数分析的量化结果,给出了附加弯矩在梁柱设计中的建议取值.

考虑畸变的开口薄壁构件变形方程及其应用

为简化考虑截面畸变的薄壁杆件力学分析,提出一种把薄壁杆件拆分为两个较简单的部分分别分析、按需综合的方法。该文重点探讨截面畸变变形的效应分析:首先基于薄板小挠度弯曲理论,建立矩形板条的面外弯曲变形方程,然后适当简化截面畸变的变形形式和平衡条件,实现反映开口薄壁杆件畸变和扭转性能的"板件面外弯曲综合抗力体系"分析,最后与另文探讨的薄壁杆件"板件面内拉弯综合抗力体系"的分析进行综合,建立考虑截面畸变的开口薄壁杆件常微分变形方程。与目前较为常用的广义梁理论及有线条法相比,该方法无需进行截面正交分析或假定变形沿杆长的分布。为提高方法的实用性,文中还基于该变形方程,探讨了薄壁杆件单元刚度方程等矩阵位移法诸实现要件,据此编制的通用程序计算结论与基于壳单元的ANSYS软件算例结论吻合良好。

输电塔典型节点钢管杆件动力特性研究

输电塔钢管杆件易发生微风振动,起振风速与杆件自振频率有关。为了获得钢管杆件的自振频率规律,分别通过动力特性试验和ANSYS有限元模拟进行了研究,得到了常用长细比典型节点钢管杆件的1阶自振频率。结果表明单插板连接和U插板连接杆件弱轴1阶自振频率接近于两端铰接结果、强轴1阶自振频率接近于两端固接结果,十字插板连接和法兰连接杆件1阶自振频率接近于两端固接结果,螺栓数对钢管杆件1阶自振频率影响不大。最后总结出了方便工程应用的1阶自振频率简化计算方法。

钢板加固受弯构件的可靠度分析

为了研究受弯构件钢板加固后的可靠性,利用概率方法对《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008)中矩形截面受弯构件的钢板加固进行了分析。通过Monte-Carlo法获得了加固后构件抗力的统计参数:均值为1.696、标准差为0.543、变异系数为0.320。针对不同ρ值及汽车运行状态分析了加固后构件可靠指标的分布规律,结果表明:受抗力变异性增大的影响构件可靠指标略低于《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283-1999)的要求,加固设计方法对汽车荷载提级增幅较大的构件安全设置水准较大。

轴心压杆板件宽厚比限值的统一分析

本文统一分析了轴心压杆三种常用截面的板件宽厚比限值。现行钢结构设计规范对H形截面和箱形截面采用两种不同准则,以致二者宽厚比限值的表达式存在质的区别。在综合运用两种准则并对板件间的约束作用细致分析的基础上,得出一系列实用的宽厚比限值的计算公式。此外,还对承载能力未用足的压杆,提出进一步放宽限值的系数。最后对两本国外新规范进行了评论。