Surface grain refinement mechanism of SMA490BW steel cross joints by ultrasonic impact treatment

Ultrasonic impact treatment (UIT) is a postweld technique for improving the fatigue strength of welded joints. This technique makes use of ultrasonic vibration to impact and plastically deform a weld toe and can achieve surface grain refinement of the weld toe, which is considered as the main reason for the improvement of fatigue strength. In this paper, the microstructure of the surface of a treated weld toe was observed by metallographic microscopy and transmission electron microscopy (TEM). The results show that UIT could produce severe plastic deformation on the surface layer of the weld toe and the maximum depth of plastic deformation extended to approximately 260 μm beneath the treated surface. Repeated processing could exacerbate the plastic deformation on the surface layer, resulting in finer grains. We can conclude that the surface grain refinement mechanism of SMA490BW welded joints is related to the high density of dislocation tangles and dislocation walls. © 2017, University of Science and Technology Beijing and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Flexural Capacity Formula of Diaphragm-Through Joints of Concrete-Filled Square Steel Tubular Columns

Finite element analysis and parametric studies were performed to investigate the flexural capacity of the panel zone of diaphragm-through joints between concrete-filled square steel tubular columns and H-shaped steel beams. Through the comparisons of failure modes, load–displacement curves, and bearing capacity, it was found that the flexural capacity of the panel zone of diaphragm-through joints was determined by the tensile action and influence of the web of H-shaped steel beams, and the axial load should be taken into account. The steel tube and the diaphragm were the major parts of the joint that resisted the bending moment. The contribution of in-filled concrete had little influence on the flexural capacity of the panel zone of the joint and could be neglected. According to the results of these numerical studies, a formula that considered the influence of the web of H-shaped steel beams and the axial load was developed based on the yield lines in the diaphragm and the steel tube. The results of the proposed formula were in good agreement with the numerical data of this investigation. © 2017, Tianjin University and Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

焊接空心球连接H型钢Z字形螺栓节点静力性能研究

提出了一种新型焊接空心球连接H型钢Z字形螺栓节点(新型螺栓节点),该节点适用于全装配大跨度弦支穹顶结构体系上部网壳连接。该节点的弦杆采用热轧H型钢,方便栓接、施工便捷、制造能耗低,可以实现部品部件到体系的标准化。为了研究新型螺栓节点的静力性能,对该节点进行了轴压、轴拉、纯弯和压弯荷载工况下的有限元分析,研究了该节点在不同荷载工况下的破坏模式、承载力、刚度、延性等力学性能指标,对比分析了新型螺栓节点与焊接空心球连接H型钢焊接节点(焊接节点)的破坏模式和静力性能。研究表明,在轴压和压弯荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆局部屈曲和屈服,在轴拉荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆全截面屈服,在纯弯荷载下新型螺栓节点和焊接节点的极限破坏模式均为H型钢弦杆局部屈曲。新型螺栓节点可以实现塑性铰远离焊缝和拼接区,符合“强连接,弱杆件”的设计要求。

不同接头类型地下连续墙受力特性研究

以浦东机场南区地下交通枢纽工程为例,通过建立数值模型分析了不同地下连续墙接头在基坑工程的应用效果,并对比选择了最佳接头类型。研究结果表明:地下连续墙接头部位的水平位移随着基坑的不断开挖而增大;接头位移在基坑开挖至底部时达到最大值66.3mm,在开挖过程中水平位移较大的部位基本位于基坑的中上部,要预先做好预警工作和应急预案,避免发生大面积渗漏的情况;接头类型不同时,地下连续墙对应部位的水平位移有所差异,选择刚性接头时地下连续墙传递应力的能力更好,承载能力更强,位移变形较小;随着基坑的开挖,地下连续墙采用H型钢接头和十字钢板接头时的水平位移变化趋势基本一致;支撑轴力在接头水平位移有显著降低的第3道混凝土支撑部位时的值较大;地下连续墙接头类型同时会对接头部位的稳定性和基坑支护结构造成较大影响;通过对比,H型钢接头更适用于背景项目。

U型钢-混凝土组合梁交叉节点抗弯性能试验研究

针对U型钢-混凝土组合梁交叉节点处U型钢腹板传力路径中断、节点受力复杂、现有钢筋过渡节点现场焊接量大的难题,提出了L形连接板传递钢腹板内力的新型节点(LLTC),对节点抗弯性能进行了试验研究。LLTC由套筒、L形连接板和套丝钢筋组成,与焊接钢筋型纵向过渡钢筋(WLTR)传递钢腹板内力的传统梁交叉节点(WLTR-UCJs)相比,LLTC能够有效传递钢腹板内力,且实现了节点的装配式连接。通过四端简支静力试验,研究了WLTR-UCJs和装配连接型U型钢-混凝土组合梁交叉节点(LLTC-UCJs)的抗弯性能,明晰了纵向传力构件形式、WLTR直径、LLTC套丝钢数量和LLTC套丝钢强度等对节点承载能力与变形能力的影响。试验结果表明,WLTR-UCJs的破坏模式为钢腹板屈曲和顶部纵向钢筋屈曲,LLTC-UCJs的破坏模式为U型钢翼缘屈服。与WLTR-UCJs相比,LLTC-UCJs的受压区材料屈曲程度较低,具有更高的承载力和更强的变形能力。

可缩性U型钢拱架卡缆节点力学特性试验研究

针对深部巷道可缩性U型钢拱架易在卡缆节点处产生破坏的问题,以U29型钢拱架卡缆节点为研究对象,建立承载力二次预紧提升率评价指标,通过室内试验和数值试验对影响卡缆节点承载力的初始扭矩、搭接长度和二次预紧等因素进行研究。试验结果表明:初始扭矩和搭接长度是影响拱架节点承载能力的主要因素;同时对节点施加二次预紧,能够有效提高拱架节点的承载能力,当初始预紧扭矩为150 N·m、搭接长度为500 mm时,二次预紧后承载力可提高35.30%;当初始扭矩大于160 N·m时,二次预紧的提升效果将不再明显;搭接长度小于400 mm时,试件在受力后期会因变形过大无法起到有效约束作用。

不同形状的耐候钢T形角接接头疲劳性能研究

T形角接接头在铁路货车箱型结构中应用较为广泛,该接头处受力较为复杂,其疲劳性能对于整车安全有着关键作用。对不同形状Q450NQR1高强度耐候钢多层多道焊T形角接接头进行三点弯曲疲劳试验和疲劳断口扫描试验。结果表明:a10角焊缝、向外凸焊缝与向内凹焊缝焊接接头的中值疲劳极限由高到低依次为289 MPa、277.5 MPa、241 MPa。疲劳试件分别在焊趾或焊缝之间启裂,焊趾处裂纹向母材延伸。观察其断口形貌可知:各区域具有典型疲劳断裂特征,启裂区存在同扩展方向一致的清晰细密的条纹,此种条纹是一种呈向外放射状且具有一定高度差的撕裂棱。扩展区随疲劳循环次数的增加而扩大,裂纹呈河流状分布,终断区观察到大小深浅不一的韧窝,故判断断口为韧窝型韧性断裂。

Effect of weld faying part groove shape on reduction of inner flash in steel pipe joints fabricated by friction welding

The groove shape of the weld faying part was investigated to obtain an ideal pipe frictiowelded joint that had a fracture in the base metal and no inner flash of it.The steel pipe had inner and outer diameters of 8.0 mm and 13.5 mm,respectively,and the weld faying surface was of a basic flat shape(butt)type.Moreover,stepped and tapered groove shapes were prepared.Pipe groove shapes were welded with a friction speed of 27.5 s_1 and a friction load of 2.79 kN.Joining phenomena during the welding process were observed,and the tensile strength of joints was evaluated.The joints,that fabricated with flat or step groove shapes,made with a friction time at which the friction torque reached the initial peak did not have the tensile strength of the base metal nor a fracture in the base metal.However,the joints fabricated with a friction time that reached past the initial peak had a large flash,and they contained a fracture in the base metal.In contrast,when joints were made with a gently tapered groove shape with a friction time reaching the time of the initial peak,they achieved a fracture in the base metal,despite having an extremely small inner flash.Therefore,the shape at the weld faying part was capable of reducing the flash exhausted from the weld interface.

Research of Pipe Made of Cu -Zn -Si Shape Memory Alloy to Internally Sprayed Pipe Connection in Connected Technology

The copper-based shape memory alloy pipe joint was applied in the field of oil pipelines jointing as well as installing. It has many advantages than anything. In the paper, the basic principle and connection influence factors of copper-based shape memory alloy pipe joint were described. Experimental results shows the copper-based shape memory alloy pipe joints can be used in oilfield oil pipeline connection and it can solve the inner pipe joint corrosion damage problem by welding.

波纹钢板组合框架节点抗震性能试验研究

基于波纹钢-钢管混凝土组合柱与U形外包波纹钢-混凝土组合梁,以“强节点弱构件”的设计原则提出了一种施工便捷、传力明确的节点连接方式。对中节点试件进行了低周往复加载下的拟静力试验,分析了节点的破坏形态、滞回曲线、耗能能力、延性、梁端塑性铰区以及节点核心区关键部位钢材的应变变化,通过有限元软件对节点进行模拟,并与试验进行对比发现二者吻合较好。研究表明:试件最终破坏的位置为梁端理想塑性铰区,节点核心区域未发生明显破坏,实现了塑性铰的外移;试件滞回曲线饱满,等效黏滞阻尼系数为0.206,延性系数为3.67,说明试件具有较好的耗能能力以及延性。节点域钢材各位置应变分布均匀,传力效果良好,节点核心区未屈服,梁下翼缘塑性铰区应变达到屈服应变,节点工作性能良好,能有效传递弯矩以及剪力。

平行于异种钢接头“岛状区”边缘的晶界形成机理

对平行于异种钢接头碳钢熔合线附近“岛状区”边缘的晶界进行了研究.结果表明,平行于“岛状区”边缘的晶界可能是迁移晶界,也可能是凝固晶界.“岛状区”具有3种结构,第1种结构是由中心碳钢母材及其外围的成分过渡区组成,并且成分过渡区内的元素含量介于碳钢母材和焊缝金属之间;第2种结构仅由成分过渡区组成,并且其内部的元素含量也介于碳钢母材和焊缝金属之间;第3种结构也仅由成分过渡区组成,但其内部任意位置处的Ni质量分数均大于5%~6%.只有第1种和第2种结构的“岛状区”才有可能形成平行于其边缘的迁移晶界,而第3种结构的“岛状区”则不能形成平行于其边缘的迁移晶界.平行于“岛状区”边缘的凝固晶界则是由“岛状区”表面垂直方向上生长的短小胞状晶与其相邻的亚晶粒束相交而形成的.

方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点抗震性能试验研究

为研究方钢管混凝土柱与U形钢组合梁分离式内隔板节点的抗震性能,对4个节点试件进行低周反复加载试验,试验参数为内隔板形式和梁柱交界面处有无加强连接。分析各试件的破坏模式、滞回性能、延性、耗能等指标,并给出加劲板的设计建议。结果表明:4个节点试件的破坏模式均为梁端受弯破坏,滞回曲线呈反S形、有明显的捏缩现象;试件的位移延性系数μ为2.3~3.1,弹性层间位移角θy为1/68~1/53,弹塑性层间位移角θu为1/28~1/19,等效黏滞阻尼系数ζeq为0.12~0.16,变形能力较好,并具备一定耗能能力;改变内隔板形式对试件的承载能力影响较小,但相较于传统内隔板节点试件,分离式内隔板弱轴节点试件的耗能能力有所降低;加强梁柱交界面处的连接可减缓刚度退化速度、显著提高节点的承载能力和耗能能力。

地下车站装配式双H型钢支撑设计及应用

目的:为了解决地下车站深基坑工程中钢筋混凝土支撑存在的施工难度大、不可重复使用、经济社会效益低等问题,应深入研究该支撑结构的受力机理及施工使用特点。方法:提出了一种适用于地铁车站工程的新型装配式双H型钢支撑,并对该支撑截面和连接节点进行了设计分析。采用ABAQUS软件建立了装配式双H型钢支撑及其拼接节点的有限元模型,分析了其轴压性能及支撑拼接节点受弯性能。分析了双H型钢支撑的经济效益和社会效益。结果及结论:新型装配式双H型钢支撑及其连接节点承载力满足现行规范和实际工程要求,并已成功应用于无锡至江阴城际轨道交通工程南门站工程项目中。装配式双H型钢支撑与现浇钢筋混凝土支撑相比较,在重复使用5次的条件下,可节约35%的经济成本,同时可以减少68%的碳排放量。

角钢连接的装配式异形柱框架边节点抗震性能研究

装配式异形柱混凝土框架是城镇建筑适用的结构形式,采用角钢连接预制梁和柱比现浇节点更方便、环保,节点的力学性能是实现框架结构抗震性能的关键因素,因此研究角钢连接的装配式异形柱框架节点抗震性能十分必要。设计制作了角钢连接的装配式异形柱框架结构边节点足尺模型,通过拟静力试验和数值分析相结合的方法,研究了其破坏机理和力学性能参数,提出了其用于整体结构分析的简化模型。研究表明:角钢连接的装配式异形柱框架边节点与现浇节点有相同的梁铰破坏机制,装配式节点刚度小于现浇节点,而延性和耗能能力略优于现浇节点;装配式框架结构整体内力分析结果与现浇框架不同,应按照半刚性节点框架的内力分析结果确定预制构件的配筋;将螺栓孔灌实的顶底角钢连接的装配式框架节点与现浇节点力学性能几乎相同。

随州南站屋盖结构设计和分析

随州南站站房采用24个伞状单元体呈现银杏叶的造型,结构设计时以H形截面弦杆形成的异形钢桁架作为主受力骨架,结合分叉圆钢管、吊杆、水平圆管桁架等形成完整单元体结构。单元体结构与顶部波浪形正交钢梁体系连接,形成了站房屋盖整体结构。屋盖结构体系复杂,单元体根部尺寸收缩,采用屈曲分析得到了结构的屈曲模态及屈曲因子,第一阶屈曲模态位于伞状单元体结构根部位置,并进一步对屋盖结构进行了荷载-位移全过程分析,以保证屋盖结构的整体承载力。设计时在单元体结构中采用了十字工形组合钢柱及鼓形节点,利用有限元分析和试验的手段对此两种特殊结构构造进行了验证,以确保关键部位的承载力。单元体结构外表皮采用张拉索-膜结构形成的金黄色ETFE膜完整呈现了建筑效果。

拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁框架静力性能研究

为解决传统钢结构梁柱节点焊缝过多、现场施工复杂等问题,提出一种全螺栓现场拼接节点。采用该新型拼接外套筒式方钢管柱-H形钢梁装配式半刚性节点,设计和制作了一个单层单跨门式框架,并完成了梁跨中静力加载试验和有限元分析,考察框架荷载-位移曲线、应变发展规律、破坏模式和承载机制,并通过有限元参数分析,研究带肋角钢厚度及长边尺寸、框架柱距、梁上荷载分布形式、柱轴压比对框架静力性能的影响规律。结果表明:钢框架试件遵循“梁跨中-梁端部-柱及节点区”的变形和破坏顺序。梁跨中应变最大,发生严重屈曲,梁端部及节点区除局部出现轻微变形外,总体应变较小。增设带肋角钢可使梁端塑性铰外移,有效地保护节点区各部件,其上加劲肋的设置是影响框架整体静力性能的关键因素,而带肋角钢厚度及长边尺寸对承载力的提高效果有限。框架柱在高轴压比下,受压侧壁应力较大,建议对该部位进行重点关注并适当采取加强措施。

异形柱框架节点加强的桁架式型钢钢骨措施研究

高烈度区异形柱框架节点核心区抗剪不足,节点区增配桁架式型钢钢骨能较好解决异形柱节点核心区薄弱问题。为充分发挥型钢钢骨作用,并促进其推广应用,应优化型钢钢骨构造。首先开展十字形截面异形柱节点拟静力试验,对比分析节点区增配桁架式型钢钢骨对抗震性能的影响,然后利用有限元软件ABAQUS建立9个十字形异形柱节点分析模型,优化分析型钢钢骨的肢板长度、厚度,获得节点破坏形式、骨架曲线、承载力、延性、刚度、耗能能力等性能指标。结果表明,节点区增配桁架式型钢钢骨的异形柱框架节点承载力与钢骨肢板伸入梁内长度成正比,但肢板伸入梁内超1倍梁高时,钢骨对节点承载力的提升作用开始减弱,控制肢板厚度≥5mm基本可实现外移梁端塑性铰,而15mm厚度的肢板会导致节点延性过低。综上,节点区增配桁架式型钢钢骨建议肢板厚度为10mm,肢板伸入梁内1倍梁高。

梁端外包U形钢板RC梁-CFST柱穿筋节点抗震性能有限元分析

在钢筋混凝土(RC)梁-钢管混凝土(CFST)柱穿筋连接节点的梁端采用外包U形钢板+栓钉传递界面剪力,节点受力明确性能优越。本文通过建立低周往复荷载作用下U形钢板+栓钉连接的RC梁-CFST柱节点试件(SUJD)数值模拟模型,并在梁端损伤状况、滞回曲线模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,进行了U形钢板长度L_(u)、U形钢板与混凝土间是否设置栓钉、RC梁配筋率ρ_(s)的变化对节点抗震性能影响规律的数值模拟分析。结果表明:U形钢板的存在对混凝土具有一定约束作用,并使梁端塑性铰区域外移,梁破坏荷载相应增大;当U形钢板上不设置栓钉时,对于混凝土约束作用减弱,耗能能力降低,梁端塑性铰区域内移;适筋范围内RC梁配筋率ρ_(s)增加可以相应提高节点的承载力和延性。

基于SMA连接的装配式梁柱钢节点滞回性能数值研究

采用形状记忆合金(SMA)作为节点连接材料,可限制装配式钢结构在强震作用下的塑性变形,提升结构抗震韧性。该文以一种采用SMA连接的韧性抗震装配式钢节点为研究对象,建立精细化实体有限元模型,并通过试验验证模型的有效性,进而分析SMA螺栓预紧力和SMA束初始拉应力对装配式钢节点受力状态和滞回性能的影响。研究结果表明:建立的有限元模型可以较好地模拟装配式梁柱钢节点的滞回行为;SMA束连接的装配式梁柱钢节点具有极好的抗震韧性,在低周循环往复荷载作用下梁柱钢构件及其连接件基本维持在弹性范围内,且残余位移近似为零;提高螺栓预紧力可增大螺栓与钢板的摩擦力,进而提高梁柱节点的承载能力和耗能能力,但增大SMA束初始拉应力对梁柱节点的受力状态和滞回性能影响不显著。

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。