螺栓连接接触非线性对钢结构动力学特性的影响

为研究钢结构中螺栓连接的不同建模方式对该结构动力特性的影响,本文针对两种典型的螺栓连接双层钢结构,建立了相应的线性动力学模型和非线性接触动力学模型;通过动力响应分析,研究了结构中实际存在的非线性摩擦接触问题及其预紧力对结构动力特性的影响。文中首先建立了二维螺栓连接桁架结构的完全固连模型、螺栓固连模型、非线性摩擦接触模型,分别进行了模态分析和动力响应分析,发现与完全固连模型相比,螺栓固连模型的结果与接触模型的更接近;随后,在此基础上,建立了三维螺栓连接壳结构的螺栓固连模型和非线性接触模型,对比研究了摩擦预紧力对结构动力响应的影响。数值结果表明:非线性接触模型中预紧力对沿X方向响应的影响较小,但对其它方向响应的影响十分显著;若施加足够大的预紧力,可以显著减小接触模型和螺栓固连模型之间的误差比。

基于动力特性的螺栓连接钢框架结构有限元建模

合理选取螺栓节点处理方式与确定层间柱有效长度,是螺栓连接钢框架结构有限元建模的难点所在。首先对3层螺栓连接钢框架结构室内模型进行了动力特性测试,然后采用ANSYS分析软件开展了结构三自由度集中参数有限元模型和板-梁有限元模型的动力特性分析。板-梁有限元模型的螺栓节点分别按铰接、半刚性连接、刚接处理。通过对比结构前3阶模态的自振频率、振型的有限元值与实测值发现:螺栓节点按半刚性处理较为合理。为了进一步提高半刚性节点处理板-梁有限元模型的精度,将模型的实测动力特性值代入三自由度集中参数模型,反推结构层间柱的实际有效长度,并对有限元模型进行修正。研究表明:在结构层间柱的实际有效长度修正后,结构动力特性的计算精度可以得到进一步提升。

螺栓连接钢支架动力学建模及实验研究

螺栓连接是钢结构连接的主要方式之一,但螺栓连接结构的线性和非线性动力学模型在实际工程中的适用性问题一直没有得到很好的解决。本文搭建用螺栓连接固定的钢支架实验平台,对不同数量螺栓固定的钢支架进行模态实验。根据螺栓连接边界条件的不同处理方式,分别建立线性的完全固连模型、螺栓位置固连模型、非线性摩擦接触模型进行模型计算精度和工程适用性研究。通过实验数据和所建立三种模型计算结果的对比分析发现:完全固连模型的计算精度比较低;相对而言,螺栓位置固连模型的计算结果更接近于实验值,尤其是多螺栓固定的钢支架工况;与两种线性模型相比,非线性接触模型与实验值之间的误差比显著减小,意味着非线性接触模型即使在连接螺栓数较少的结构分析中也能满足工程中的结构计算要求。