新型承插式螺栓连接柱-柱节点抗拉性能研究

为实现模块化钢结构单元房间的上下连接,提出一种新型承插式螺栓连接柱-柱节点,以有无注浆、承插深度为参数设计并制作3个足尺节点试件,并对其进行抗拉试验,分析了各节点的破坏形态、应变分布以及承载能力等,探讨了该新型节点的抗拉性能.建立了数值分析模型,进行了轴拉荷载作用下的受力性能参数化分析,研究了承插深度、螺栓直径及内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响.基于高强螺栓的抗剪承载力,提出了适用于该新型节点的抗拉承载力计算公式.研究结果表明:该新型节点可将轴向拉力有效传递至高强螺栓,试件破坏时均出现高强螺栓群被剪断,灌浆节点试件发生破坏时,出现钢材与灌浆料界面的黏结破坏及螺栓周围局部灌浆料的压碎;高强螺栓群在拉力荷载作用下呈端部螺栓受剪较大、中心螺栓受剪较小的分布,试件破坏时,各螺栓承受的剪力趋于相等;灌浆节点与无浆节点相比,灌浆料与高强螺栓协同工作性能良好,弹性阶段最大摩擦力平均值提高64.4%,极限抗拉承载力提高14.1%;承插深度由300 mm增至500 mm,节点极限抗拉承载力提高80.9%;承插深度和螺栓直径对节点抗拉承载力影响较大,内套筒厚度对节点抗拉承载力的影响较小;根据提出的节点抗拉承载力计算公式得到的计算值与有限元模拟值吻合良好.

装配式混凝土剪力墙-梁钢套筒节点性能试验研究

为研究螺栓连接的装配式剪力墙-梁节点的抗震性能,提出了一种在剪力墙内预埋高强螺杆,然后通过钢端板与混凝土梁连接的节点,设计了3组缩尺装配式试件与1组缩尺现浇试件,并对其进行了拟静力试验,研究分析了节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等。结果表明:3组装配式试件的滞回曲线呈“弓形”,且装配式试件的峰值承载力比现浇试件提升了8.42%~21.05%,位移延性系数在4.28~4.66之间,等效黏滞阻尼系数均在0.18~0.24之间,证明了该装配式节点具有良好的抗震能力和变形能力。

沉头螺接复合材料接头失效预测强度包线法

多钉连接复合材料接头设计分析中,常用强度包线来预测其强度与失效模式。目前所使用的强度包线法只适用于凸头螺接结构,无法应用于沉头螺接结构。该文建立了带衬套沉头螺接复合材料接头有限元模型,对3钉连接结构进行了拉伸性能分析,并通过试验结果验证了模型的有效性,然后用该模型对衬套的作用进行了研究。在此基础上,提出了适用于沉头螺栓复合材料连接结构强度和失效模式预测的强度包线法。结果表明:使用衬套比仅采用螺杆过盈装配能够明显减慢孔边损伤扩展速率,避免接头各钉载的比例在拉伸过程中剧烈变化;引入衬套能提高接头的承载能力和刚度,其2%偏移载荷、极限载荷和刚度比不带衬套接头分别提高了14.08%、5.21%和6.04%。通过计算少量单钉螺接接头的损伤情况,便可以绘制出相应参数多钉连接结构的新型强度包线。利用新型强度包线,能准确预测沉头和凸头螺接接头的强度和失效模式。

钢管混凝土叠合柱-H型钢梁外套筒式连接节点抗震性能试验与有限元研究

以钢管混凝土叠合柱为研究对象,设计了一种高强对穿螺栓连接的外套筒式梁柱节点。为了研究该新型节点的抗震性能和破坏机理,对3个缩尺比为1∶2的节点进行了拟静力试验。观察节点损伤过程及破坏模式,分析了梁端荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、节点延性及耗能能力,采用ABAQUS软件建立有限元模型,研究套筒宽厚比和加强肋板厚度对节点抗震性能影响。试验及有限元研究结果表明:节点滞回曲线饱满,延性系数介于3.13~4.19之间,等效黏滞阻尼系数介于0.211~0.296之间,节点域的变形较大且耗能能力较强;随着套筒厚度增大,核心区混凝土开裂减少,破坏位置由节点外移至梁端截面;减小套筒宽厚比和增大加强肋板厚度可以有效提高节点刚度。为保证外套筒式节点达到刚性节点要求,建议套筒宽厚比不大于25,加强肋板厚度不小于梁翼缘厚度。

钢结构箱式房屋模块间螺栓套环节点及其抗弯性能

针对钢结构箱式房屋模块间节点连接性能较弱、安装效率较低等问题,提出一种新型的螺栓套环节点用于模块间的连接。通过ABAQUS有限元软件对建立的螺栓套环节点模型进行抗弯性能分析,探讨受弯方向、螺栓直径及下角件是否开设侧面操作孔等因素对节点抗弯性能、极限承载力以及破坏模式的影响。结果表明:螺栓套环节点具有优异的抗弯承载力与抗弯性能,与现有的角件旋转式节点相比,直径为58 mm的螺栓套环节点的极限承载力和初始转动刚度分别提高了52.2%和37.3%;弯矩方向和下角件是否开设侧面操作孔对螺栓套环节点的抗弯承载力影响较小;螺栓直径是影响螺栓套环节点抗弯性能的关键因素,直径越大,节点极限承载力和初始转动刚度越大,但随着螺栓直径的增大,其对节点抗弯性能的影响程度减弱,故不能仅靠增大螺栓直径改善节点抗弯性能。

基于叶根形变数值模拟的预埋螺栓套位置变化规律研究

针对固化变形和残余应力引起预埋螺栓套位置变化、影响装配及使用寿命的问题,采用Path-dependent本构模型,分析真空辅助树脂传递成型工艺中残余应力与固化变形之间的关系。通过数值模拟和工艺实验,找到叶根形变引起的预埋螺栓套位置变化规律。结果表明:预埋螺栓套的位置变化规律可以为叶根数字化制造中位置预测补偿提供理论依据。

风电叶片不同预埋结构端面承载性能仿真分析

利用ANSYS有限元软件,对风电叶片叶根端面3种结构形式进行有限元建模和仿真计算,对比结构下叶根预埋螺栓套界面的响应载荷,探讨叶根端面结构不同对承载的影响,为后续大型风电叶片设计开发提供理论依据。结果表明,在极限承载方面,预埋螺栓套凸出叶根玻璃钢端面结构的界面载荷最低;在疲劳承载方面,预埋螺栓套低于叶根玻璃钢端面结构的界面载荷变化率最小。综合考虑承载性能和结构工艺性能,预埋螺栓套与叶根玻璃钢端面齐平结构拥有较好的应用前景。

大直径盾构隧道管片连接预埋套筒抗拔性能试验研究

我国大直径盾构隧道工程管片之间多以斜螺栓连接为主,介绍了螺栓连接的特点,通过改变套筒材质聚酰胺的组成成分和螺纹长度、螺牙类型等套筒参数,对斜螺栓连接套筒进行了抗拔力试验研究。结果表明:工程中习惯采用的PA6、圆螺牙的螺纹套筒实际抗拔能力难以达到设计承载要求,螺纹套筒建议采用PA66材质、梯形粗牙形式,且对于M36斜螺栓,套筒长度建议在220 mm及以上。

基于BIM的新型连墙件施工技术研究

传统脚手架连墙件存在工艺缺陷,在郑州璞岸项目中,对图纸进行深化设计,运用BIM技术精细模拟新型连墙件施工工序,对节点与工艺流程进行三维模拟分析和优化后,建立新型连墙件BIM模型,并进行三维可视化交底,实现新型连墙件施工一次成优,解决传统预埋螺栓钢管法引起的渗漏和安全等问题,为项目创造效益,推动BIM与日常精细化施工管理融合,对新型连墙件的应用前景做出展望。

内锥衬套高锁螺栓性能及接头疲劳寿命研究

针对研制的内锥衬套高锁螺栓进行性能试验,开展复合材料/金属双搭多钉连接接头静力和疲劳试验及接头失效分析。结果表明,研制的内锥衬套高锁螺栓抗拉、双剪、疲劳及冶金性能合格,拉伸断口显微特征为韧窝。复材/铝合金多排钉连接接头间隙配合钉载比例差为41%,干涉配合钉载分配比例差为34.7%(1.0%的相对干涉量下);复材/钛合金接头间隙配合钉载分配比例差为43.3%,干涉配合钉载分配比例差为37.7%(1.0%的相对干涉量下),干涉配合可以提高钉载分配的均匀性。复材/铝合金接头干涉配合的疲劳寿命约为间隙配合的1.7倍,复材/钛合金接头干涉配合的疲劳寿命约为间隙配合的3.4倍。间隙配合连接的断裂试样主裂纹萌生于孔壁和试件表面,干涉对孔壁有强化作用,其主裂纹萌生于试件表面孔角和孔壁。7050铝合金呈现解理和韧窝的混合特征,TA15显微显示为准解理断裂,存在少量等轴韧窝和河流花样。

螺栓套与叶根结合强度的拉拔验证

针对预埋型风电叶片需要验证螺栓套与叶根复合材料之间的结合强度问题,提出了一种联合使用立式液压机和手动加压泵对螺栓套进行拉拔试验的方法,并对该方法涉及的总体思路、试样、试验装置、试验步骤和优缺点进行详细介绍。

新型方钢管梁柱全螺栓套筒节点研究

提出了一种新型全螺栓内套筒连接节点,有效解决了方钢管梁柱全螺栓连接困难的问题,节点构造简单、造价低,提升了轻型钢结构的施工效率。概述了新型方钢管梁柱全螺栓套筒节点的分类和连接方式,总结了节点的优点及保证工程质量的技术控制要点,为新型方钢管梁柱全螺栓套筒节点的推广应用奠定了基础。

压水堆核电厂大型设备套筒型螺栓锚固系统受力状态分析与数值模拟

通过对压水堆核电厂大型设备带预紧力套筒型螺栓锚固系统建立理论分析模型,分析了在不同外荷载作用下锚固系统的受力状态,其主要受力特征为混凝土一直处于受压状态,破坏形态与普通地脚螺栓完全不同,充分利用了螺杆受拉性能好、混凝土抗压强度高的优点,能大幅提高锚固系统的受拉承载能力,适用于核电厂承受较大受拉荷载的大型设备的锚固,数值模拟与理论分析结果吻合。

PC构件用金属预埋吊件的力值试验研究

预制混凝土(Precast Concrete,PC)构件在生产、堆放、运输、安装的过程中,均要通过起重设备进行吊装,吊具连接的是预埋在PC构件中的金属吊件,金属吊件在PC构件中的受力情况对吊装全过程的安全影响重大。试验选取常用的2种金属预埋吊件,分别是5t、2.5t吊钉和M20、M16预埋螺栓套筒,从混凝土强度、金属预埋吊件有无加强筋、混凝土有无钢筋笼等方面进行对比测试,结果表明:在同等混凝土强度下,金属预埋吊件端部增加加强筋对提高受力有较大作用,钢筋混凝土比素混凝土的拉拔力大,混凝土壁厚对剪切斜拉的影响较大。

某水电站转轮轴套磨损及固定螺栓异常分析与处理

针对某水电站1号水轮发电机组出现的转轮体轴套磨损及固定螺栓断裂异常等问题,根据固定螺栓断裂情况,现场测量的机组转轮体轴套、轮毂磨损数据,及有限元分析计算,深入分析了转轮体轴套磨损及固定螺栓断裂的原因,提出了处理方法,经处理改造后转轮体运行正常,效果良好。

采用螺栓拼接的预制混凝土剪力墙抗震性能研究

针对预制单元式住宅体系提出了一种单元构件通过螺栓拼接的全装配预制混凝土剪力墙设计方案。为研究该结构形式的抗震性能,设计了预制整体墙和预制拼接墙(由2片薄墙通过螺栓横向拼接形成),完成了墙片在弯剪加载模式下的低周反复静力加载试验。研究结果表明:整体墙和拼接墙的破坏形态基本相同,墙身裂缝开展不是很充分;拼接墙的承载力和整体墙相当,且其延性好于整体墙,位移延性系数约为整体墙的1.1倍;整体墙的初始刚度大于拼接墙,但其刚度退化较拼接墙快;螺栓数量和位置的不同对拼接墙耗能影响较小,且螺栓对拼接墙只起连接构造作用。

方钢管柱对穿螺栓柱-柱拼接节点轴压承载性能试验研究

小尺寸闭口截面柱的螺栓拼接技术国内外研究较少,提出了一种新型的以内套筒作为连接件,以高强度螺栓和对穿螺栓作为紧固件的拼接节点形式。通过轴压破坏试验分析节点的受力特性、承载力和破坏方式,提出节点强度设计建议。结果表明,节点连接安全可靠,但由于存在螺栓滑移,适用于承受静力荷载和间接承受动力荷载的连接中。

装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点的力学性能试验研究

为深入研究装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点力学性能,进行了3个十字形1/2缩尺比例节点试件在低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式、滞回性能、刚度退化、节点核心区剪切变形、弯矩-转角关系曲线等进行了分析.研究结果表明,在低周往复荷载作用下节点的破坏模式主要表现为对穿螺栓被拉断,外伸端板屈曲,柱壁凹屈,柱壁间连接焊缝断裂;上段柱对穿螺栓往复滑移造成的塑性变形集中在柱壁及外伸端板区域并形成塑性铰,节点具有一定的耗能能力,受对穿螺栓贯穿柱壁连接效应影响,在往复荷载作用下出现"对称凹屈"现象;随内套筒厚度增加,节点核心区剪切变形减小,抗剪刚度增加;节点具有一定的转动刚度,表现出半刚性节点性质.提出的装配式梁柱内套筒组合螺栓连接节点可以实现上柱与下柱、梁与柱全装配式连接.

高地应力深埋隧道断裂破碎带大变形控制方法现场试验研究

针对新莲隧道大埋深、高地应力、大变形凸显的实际情况,开展单层支护、双层支护、刚性强支、超前导洞+扩挖方案下支护受力及变形控制方法现场试验研究。结果表明:①原设计方案1支护偏弱不足以抵抗围岩形变压力,平导支护应力超过设计应力值率达100%,正洞支护侵限严重,换拱率100%;②“让抗结合”的双层支护方案2,下台阶与仰拱同步施作,不利于下部围岩应力释放,仰拱隆起开裂,边墙换拱率84%;变更下台阶与仰拱分段施作后,仰拱应力缓慢释放,大变形得以控制;③采用“刚性强支”理念的方案3,增设了“H175型钢+大拱脚靴套+锁脚锚杆套管”,提升了拱架整体刚度,最大收敛变形速率减小42.4%、月开挖进尺达90 m;④采取“超前导洞+扩挖”的方案4,实现了应力分阶段缓释,大变形得到有效控制,但纤维混凝土的应用及超前导洞支护的拆除增加了成本和工序。建议跨断裂破碎带段采用经济合理、工序简便、支护调整灵活的方案3进行施工,方案4可作为更大围岩变形的预备方案。同时拱顶预留变形量可近似按边墙预留变形量的1/2留设。

装配式钢结构H形钢梁-钢管柱连接节点的力学性能研究

为进一步研究装配式钢结构H形钢梁-钢管柱连接节点的力学性能,以装配式钢管柱-组合螺栓连接节点试件为研究对象,利用ANSYS有限元软件对其进行了低周往复荷载作用下的抗震性能数值模拟分析。基于数据的整理和对比,分析节点试件的破坏模式、耗能能力、承载力、延性、刚度退化等力学性能。研究结果表明:由于对穿螺栓具有将钢梁上、下翼缘轴力直传至钢管柱对面的作用,在循环往复荷载作用下,钢管柱柱壁均出现"对称凹屈"现象,随后以梁端出现塑性铰丧失承载能力而破坏;节点承载力较高且耗能能力强,等效黏滞阻尼系数平均大于0.4;具有一定的塑性变形能力,延性系数均在3.0以上,表明该节点具有良好的抗震性能;节点的屈服和极限承载力会随着内套筒厚度的增加而显著增加,但同时也会降低节点延性、增大节点刚度退化程度;梁翼缘与外伸端板组件采用高强度螺栓连接会降低节点承载力和延性,增大耗能能力。研究成果将为装配式钢结构H形钢梁-钢管柱连接节点的研发和相关工程应用提供参考。