钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点抗震性能有限元分析

为深入研究钢管混凝土柱-钢梁外加强环螺栓连接节点的抗震性能,建立了螺栓连接节点的精细化三维实体有限元模型。在对已有试验成果进行验证分析的基础上,研究加劲肋、螺栓连接数量对节点塑性耗能分配机制的影响。结果表明:当钢材本构后期考虑韧性损伤后,有限元计算结果与已有拟静力试验结果更吻合;CFST-1节点(梁高300 mm,有螺栓垫板)耗能能力最优,但仅达到相应焊接节点的一半;与CFST-1节点相比,CFST-3节点(梁高300 mm,无螺栓垫板)及CFST-2节点(梁高250 mm,有螺栓垫板)的总耗能更低;各螺栓节点的塑性耗能分配机制主要依靠梁耗能,而相应的加强环焊接节点主要依靠梁与加强环耗能;当螺栓节点采用环板加劲肋、4排螺栓以及腹板加劲肋构造优化后,刚度、承载力、延性与相应焊接节点一致,总塑性耗能达到刚接节点的79.1%,基本达到刚接节点的抗震水平。

大直径盾构隧道新型纵缝接头抗弯性能试验研究

纵缝接头是盾构隧道受力性能的薄弱部位,管片接头的形式直接影响盾构隧道的力学性能。目前国内的盾构隧道纵缝接头使用的连接件多为螺栓,新型纵缝接头使用了一种新的连接件—滑入式连接件,此种接头在大直径盾构隧道中的受力性能有待研究。本文以新型纵缝接头为研究对象,针对两种不同型号的滑入式连接件,采用模型试验的方法探究了大直径盾构隧道新型纵缝接头的受力性能,通过理论分析计算了新型纵缝接头的极限承载力,并比较分析了传统螺栓纵缝接头和新型纵缝接头的受力性能。结果表明:新型接头衬砌管片的薄弱部位在连接件周围的混凝土区域;滑入式连接件的型号直接影响新型纵缝接头的受力性能,两种接头中连接件尺寸较大的接头转角刚度相较于连接件尺寸较小的接头转角刚度增加了7.2~169.5%,极限承载能力增加了69.9%;新型纵缝接头比螺栓接头有更高的转角刚度,受力性能更好,适用于大直径盾构隧道。

地下连续墙新型刚性接头设计与研究

城市建设的快速发展促使对地下空间的需求日益增加,地下连续墙作为深大基坑的支护或结构外墙的应用也越来越多。针对“两墙合一”的地下连续墙,提出了一种新型刚性接头、防绕流接头板及施工工艺,能有效预防混凝土绕流问题,进而提高地下连续墙的整体刚度、强度以及接头的止水能力。通过数值模拟计算了刚性接头的承载力与延性,并与普通工字钢接头进行了对比。结果表明,采用新型刚性接头的地下连续墙,具有较好的刚度和受力性能,施工可行性高,具有较好的应用和推广前景。总结的经验可供今后类似工程借鉴。

露出式刚接箱型柱混合节点的抗震性能分析

运用ABAQUS有限元软件,分析了用于RC框架-钢结构加层混合结构的露出式刚接箱型柱节点的非线性受力性能,并在验证有限元模型正确性的基础上,深入研究了相关参数对露出式刚接节点抗震性能的影响规律,并提出设计建议。结果表明:露出式刚接箱型柱混合节点为梁塑性铰破坏,具有较强的耗能能力和塑性变形能力,但刚度退化较为严重;根据相关参数研究提出合理的设计建议,上部钢柱应尽可能采用平面内、平面外等稳定性的箱型或■字形截面柱;就论文所研究的试件来看,轴压比控制在0.16~0.40之间比较合理。

织物衬垫磨损对自润滑关节轴承动力学的影响

自润滑关节轴承在服役过程中,衬垫的磨损导致自润滑关节轴承内外圈之间产生间隙,自润滑运动副间隙的存在加速了内外圈之间的碰撞以及衬垫的进一步磨损,对自润滑关节轴承的动力学特性产生较大的影响。此外,衬垫的磨损还会导致各构件非线性特性的恶化,降低自润滑关节轴承的稳定性。为研究织物衬垫磨损对自润滑关节轴承动力学响应的影响,文中建立了带间隙的自润滑关节轴承运动副矢量模型。首先,通过修正Lankarani-Nikravesh(L-N)法向接触力模型和改进的库仑摩擦力模型,对内外圈间隙处的碰撞力进行建模;然后,基于牛顿第二定律建立了含间隙的刚柔耦合动力学方程;最后,分析讨论不同织物衬垫磨损量和不同摩擦因数条件下含间隙的自润滑关节轴承传动系统的动力学特性,并利用相图和Poincare映射图分析了自润滑关节轴承的非线性特性。结果表明:随着织物衬垫磨损量的增加,自润滑关节轴承内圈和外圈的动力学行为表现出非线性特性;衬垫磨损量一定时,随着衬垫摩擦因数的增加,系统稳定性得到提高,抑制了混沌现象的发生。

基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法

为了准确、高效地评估输电塔半刚性节点的力学特性,提出了一种基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法,通过引入代理模型方法近似半刚性节点几何尺寸与极限抗弯承载力、初始转动刚度之间的函数关系,建立具有较高精度的预测模型,进而结合Kish-Chen幂函数模型拟合输电塔半刚性节点的弯矩-转角曲线。结果表明,提出的基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法能减少实验和数值模拟的成本,较好地模拟输电塔半刚性节点实际受力-变形情况,为输电塔半刚性节点的工程设计和理论研究提供了参考。

隧道内长大坡道区段刚性接触网短电分相设计方案

刚性接触网锚段关节仅有8~12 m,可大幅缩短关节式电分相长度,为解决丽香铁路3处隧道内长大坡道的电分相设计难题,文章通过借鉴柔性接触网关节式电分相设计方案,重点考虑绝缘锚段关节绝缘间隙、锚段热胀冷缩等因素,修正刚性悬挂锚段关节式电分相中性段和无电区长度,并结合工程实际条件,提出刚性接触网短分相设计方案,将电分相长度缩短至23 m,并通过弓网系统动态仿真验证其弓网动态特性可满足速度160 km/h要求。方案实施后,线路动态检测达速160 km/h,刚性接触网短电分段处无明显燃弧现象,各项动态指标满足标准要求。该方案的成功应用对速度120 km/h以上复杂工况线路的接触网电分相设计有重要借鉴意义。

舵机传动系统动力学联合仿真建模及实验研究

全电/多电飞行器舵机传动系统由电动舵机、传动机构、舵面以及控制系统所组成,其性能对飞行器的动态飞行品质和控制精度具有重要影响。根据电动舵机(EMA)结构组成,建立其系统动力学方程,并基于AMESim软件通过图形化建模方式建立其动力学模型。基于Virtual.Lab Motion软件建立传动机构动力学模型,此模型考虑了含间隙非线性接触碰撞效应、构件弹性变形和舵面负载等因素的影响。基于Coupled主从耦合联合仿真方式,建立舵机传动系统联合仿真模型。基于综合性能实验台开展了舵机扫频实验,并与仿真结果进行对比。结果表明:仿真结果与实验结果误差较小,验证了舵机传动系统联合仿真模型的正确性。

榫卯式毂节点半刚性单层球面网壳稳定性及地震响应分析

近年来,国家大力推广工厂化建筑,而节点作为单层球面网壳的关键性构件,其受力性能直接影响网壳的稳定性和抗震性能,探索一种受力性能良好的装配式节点成为趋势。该文在一种新型装配式节点-榫卯式毂节点简化模型的基础上,进行实际整体模型的分析,并把起拱角度也作为参数代入到刚度公式中进行修正,得到榫卯式毂节点考虑起拱角度的整体模型的刚度计算公式。通过ANSYS自编命令流程序建立单层球面网壳模型,采用combin39单元来模拟榫卯式毂节点的面外和面内刚度,对其进行稳定性和地震响应分析,考虑不同起拱角度引起的不同节点刚度及常用网壳跨度和矢跨比对网壳稳定性和地震响应的影响。通过大量的算例分析,较为全面的掌握了采用榫卯式毂节点这类半刚性节点的K8型单层球面网壳的稳定性能和动力性能。

X型节点单层柱面胶合木网壳结构稳定性研究

对使用X型节点的单层柱面胶合木网壳结构静力稳定性进行研究,通过有限元模拟研究节点内部接触面摩擦系数、螺栓预紧力和节点轴力对节点初始抗弯刚度的影响,并分析节点初始抗弯刚度、节点刚度比、初始几何缺陷系数、荷载布置方式和支座形式对单层柱面胶合木网壳稳定性的影响。研究结果表明,节点轴力对节点初始抗弯刚度和极限弯矩的影响较明显,节点初始抗弯刚度和节点刚度比对网壳极限承载力和失稳模态均有较大影响,节点初始抗弯刚度和荷载分布形式对无檩条和有檩条网壳极限承载力的影响较大,有檩式网壳稳定性对初始几何缺陷更敏感。

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。

地下连续墙刚性排插接头技术研究

通过研究地下连续墙钢筋笼和钢箱作为受力结构、钢箱与钢筋笼刚性连接、连接采用排插式方法等一系列施工技术研究实现刚性排插接头工艺,有效避免混凝土绕流,提高地下连续墙接头的止水效果及受力性能。研究结果表明,随着超大超深基坑的实施,刚性排插接头技术在大型工程中具有广泛应用的潜力。

基于修正刚接梁法的装配式T梁桥荷载横向分布计算方法研究

传统刚接梁法在装配式T梁桥荷载横向分布计算中忽略纵向弯矩等因素,导致计算结果与实际情况存在一定差异。为了准确计算装配式T梁桥荷载横向分布状况,文中在刚接梁法的基础上,结合三维有限元模型分析结果,提出考虑主梁刚度修正的荷载横向分布计算方法。针对纵向弯矩等因素对主梁的竖向刚度与扭转刚度的影响,引入计算长度系数作为待修正参数,以有限元计算的荷载横向分布构造目标函数,并通过内点法对目标函数进行优化,得到修正后的刚度参数,计算出装配式T梁桥荷载横向分布影响线。结果表明,对于常规跨径的装配式T梁桥,与主梁竖向刚度相关的计算长度系数为0.5~0.6,而与主梁扭转刚度相关的长度系数则为0.18~0.22。文中提出的修正刚接梁法计算结果与三维有限元结果吻合良好,能够较好地适用于装配式T梁桥荷载横向分布计算。

基于四点弯曲力学模型的半刚性节点弹性转动刚度研究

半刚性节点的弹性转动刚度对单层网壳整体稳定承载力分析的准确性至关重要。四点弯曲试验是广泛应用于获取半刚性节点力学性能的测试方法,但存在转角测量误差较大的缺陷。本文首先利用能量法原理和挠曲线微分方程,推导出基于四点弯曲力学模型的半刚性节点转角和位移关系的理论公式,进而得到半刚性节点弹性转动刚度公式;随后,利用理论公式将四点弯曲试验测得的荷载-位移曲线转化为节点弯矩-转角曲线(即公式曲线),并与试验直接测得的节点弯矩-转角曲线(即试验曲线)进行对比。结果表明,本文提出的理论公式能够准确的根据荷载-位移曲线计算出弯矩-转角曲线,用位移测量替代转角测量,从而准确计算半刚性节点的弹性转动刚度值,为单层网壳稳定承载力分析时考虑节点的弹性转动刚度提供了依据。

原竹抱口梁柱节点抗弯性能研究

竹材作为一种新型的绿色环保建筑材料,梁柱连接是现代竹结构推广需要考虑的重要问题。为了丰富原竹节点的形式,探究不同构造措施下梁柱节点的刚度和承载力,设计制作了3种形式的原竹抱口梁柱连接节点,按照金属连接件构造的不同命名为简易钢夹节点J1、贯通螺栓节点J2和自攻螺钉节点J3。每一种节点内部依据不同原竹等级设计3组试件,通过单调加载试验,探究节点弯曲力学性能及破坏特征,得到了3种节点的弯矩-转角曲线。基于弯矩-转角曲线变化特征,提出三折线刚度分析模型拟合节点分段刚度参数值,应用欧洲钢结构规范节点类型判别方法,对节点的半刚性程度进行了验证。结果显示:贯通螺栓节点J2和简易钢夹节点J1属于半刚性节点;自攻螺钉节点J3属于铰节点。研究表明:原竹等级对于简易钢夹节点J1和自攻螺钉节点J3的抗弯性能影响不敏感;对于贯通螺栓节点J2的抗弯性能影响显著,等级为T8时与连接件的协同工作性能最优。研究成果可为现代竹结构应用提供理论依据。

基于ADAMS的六关节工业机器人模态仿真分析研究

针对工业机器人的动态特性,以六关节工业机器人为研究对象,应用有限元软件NASTRAN和多体动力学软件ADAMS搭建刚柔耦合模型,引入关节柔性,对其进行整机模态仿真分析方法的研究,采用试验模态分析法进行了模态测试。通过对比仿真和试验得到前10阶固有频率和振型,其固有频率仿真相对误差控制在10%以内,振型基本保持一致,从而验证了六关节工业机器人整机模态仿真分析方法的准确性。进一步分析研究关节和关节臂刚性对机器人整机模态的影响规律,为整机刚柔耦合动力学分析、结构动态特性分析、结构优化设计和改进提供了一定的参考意义。

山东港口大厦结构设计

山东港口大厦采用钢管混凝土柱-钢梁-钢筋混凝土核心筒混合结构体系,角部6根斜钢管混凝土柱由下至上逐层缩进,与向上收紧的风帆形态相呼应。结构存在各层楼板局部不连续、跃层柱和高度超限等不规则项,按C级抗震性能目标进行性能化设计,采用SAUSAGE进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,找出结构薄弱部位和构件,并采取针对性的抗震加强措施。空中大堂采用“刚柔结合”的钢-索网幕墙体系,介绍了支撑幕墙的主体结构。采用ANSYS对钢管混凝土柱斜柱变直柱节点进行了有限元分析。分析结果表明结构抗震性能良好,满足设定的抗震性能目标。

基于层析成像的服役刚构桥接缝混凝土无损检测方法

大跨度连续刚构桥接缝工作状态会显著影响桥梁的纵向刚度分布,从而改变结构受力。目前,接缝部位混凝土尚缺少针对性的无损检测手段。为探明实际结构中接缝混凝土缺陷状况,基于走时分析的图像重建原理,建立了离散慢度模型,并使用代数重建算法(ART)求解,重建接缝内部缺陷图像,提出了针对接缝混凝土的超声无损检测方法。结合在役大跨度连续刚构桥上部结构拆除工程,针对实际工程场景设计了6层超声传感器布设方案,建立了6×8路径信息矩阵,通过ART算法求解,对接缝质量状况进行了无损检测,并与有损取芯结果进行了对比分析。实桥检测试验表明:提出的基于图像重建原理的大跨度连续刚构桥接缝质量超声检测方法具有较高准确性。结合桥梁上部结构拆除工程,在对桥梁接缝的49处有损取芯检测基础上,初步建立了基于声时值的接缝混凝土内部缺陷评价标准。

装配式建筑钢结构梁柱节点连接设计研究

为提高梁柱节点连接的荷载能力,以某装配式建筑工程项目为例,开展钢结构梁柱节点连接设计方法的研究。先根据工程项目需求,选择“H”型梁柱全焊节点连接作为装配式建筑钢结构梁柱全焊节点连接形式,然后根据结构形式和受力特点计算节点应力分布,结合钢结构梁柱节点应力集中的部位,计算应力值大小,以此为依据,确定钢结构梁柱节点连接刚度,最后根据建筑物的结构形式、受力特点、材料选择等进行节点连接构造与施工的设计。实验结果表明:设计的方法在实际应用中可以起到提高钢结构梁柱节点连接后荷载值的作用。

连续刚构拱桥梁拱墩结合部位传力机制研究

文章以西延高铁王家河特大桥为工程背景,建立梁拱墩结合处的局部实体模型,并分析该部位的空间应力状态,掌握应力集中区域和薄弱位置,探讨内力分配机制及传递规律,旨在为梁拱墩结合部位设计提供理论基础和数据支撑。研究表明,拱肋与拱脚结合部位拱肋长度1/3.2范围内为应力传递的特征长度,梁拱墩连接处主梁长度1/4.5范围内为应力传递的特征长度;梁拱结合部位中支点截面拱肋通过加劲缀板等将81.2%的内力扩散至拱脚混凝土。