空间KK型圆钢管相贯节点极限承载力非线性有限元分析

运用ANSYS软件对某体育场屋差结构中两个空间KK型圆钢管相贯节点进行了极限承载力的计算,描述了该节点在荷载作用下应力的发展、变化过程,并将分析结果与相关试验结果进行了比较。在此基础上,对该体育场空间KK型屋盖节点的设计提出了一些有益的建议。     

圆钢管或圆钢管混凝土半相贯节点承载力计算方法研究

为了获悉圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点在不同失效模式下的极限承载力,文章基于失效模式建立了合理的力学计算模型,分别提出了圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点在支管受拉处、支管受压处的极限承载力计算方法;利用有限元计算软件ABAQUS建立了圆钢管半相贯节点和圆钢管混凝土半相贯节点的有限元计算模型,验证了所提计算方法的正确性。研究结果表明,所提出的圆钢管半相贯节点、圆钢管混凝土半相贯节点的极限承载力计算方法可以用于实际工程的管桁架结构设计。     

搭接N型方圆钢管节点极限承载力研究

对搭接N型方主管、圆支管的相贯节点进行了非线性有限元分析,揭示了平面N型搭接节点的受力性能,描述了搭接节点3个参数(支主管径宽比、主管宽厚比、支主管厚度比)的变化对节点极限承载力的影响,同时分析了主管荷载对节点极限承载力的影响,提出了影响系数.研究表明,主管承受轴力对节点极限承载力影响较大,规范公式未考虑主管轴力的影响,其计算结果与有限元计算结果和实验结果有一定的误差,有必要考虑主管应力对节点极限承载力的影响.     

圆钢管平面K型间隙节点极限承载力及其影响因素

以圆钢管平面K型间隙节点为对象,利用非线性有限元对其极限承载力进行了研究.分析了主、支管轴线间角度θ,支、主管直径比β（d/D）,主管径厚比γ（D/T）以及不同的边界条件及加载方式对节点极限承载力的影响.通过有限元计算值pu与规范公式计算值pcu的比值发现,规范公式对K型间隙节点承载力的计算偏向保守,且未考虑边界条件对节点承载力的影响.     

空间多支管复杂相贯节点静力足尺试验研究

对两个多向轴向加载的空间多支管复杂方圆钢管相贯节点进行了静力足尺试验研究。试验表明:同一类节点2个试件杆件制作误差差异较大,导致节点试验加载能力差别较大;对方圆钢管相贯节点,支管杆件截面型式的差异导致圆管与方形截面主管交汇区域首先出现屈服;合理的节点构造措施有利于保证节点安全。计算表明:两个节点试件的试验值与有限元计算结果存在一定的差异,主要原因在于实际支座约束和理想模拟支座区别、加荷不对中、节点焊缝和焊缝缺陷和节点杆件空间加荷不同步性等因素。研究表明:对该类空间多支管复杂相贯节点,支管截面型式和轴力对节点承载力影响较大,有待进一步深入研究。     

空间圆钢管K型相贯节点刚度公式数值研究

为了研究圆钢管K型相贯节点平面内、外刚度性能,以平南三桥为工程背景,采用正交试验法对K型相贯节点的相贯角度、支主管径比、主管外径与支管间距之比、主管径厚比、支管外径与主管壁厚之比等确立计算模型的具体参数,运用ABAQUS软件对计算模型进行分析,并应用多元线性归回方法拟合出空间K型相贯节点刚度的参数公式。对钢管拱中K型空间相贯节点进行轴力、平面内弯矩、平面外弯矩共同作用下的单调弹性加载缩尺试验,得到节点的变形行为,并验证参数公式的准确性。研究分析表明:所提出的K型节点刚度公式结果与试验结果吻合较好,与有限元结果误差小于11.1%,可应用于工程实际。此外,K型节点的主管径厚比、相贯角度、支主管径比是影响空间K型节点刚度的主要因素,节点刚度随着管径厚比降低而提高。     

U型插板钢管连接节点承载力特性的非线性有限元分析

基于4个U型插板钢管连接节点的承载力特性的试验研究,考虑材料非线性和几何非线性,对U型插板钢管节点的承载力特性进行了非线性有限元分析.比较试验及计算分析得到的钢管连接节点的承载力位移变形曲线,试验结果与计算分析结果吻合较好.由于U型插板钢管节点的焊缝为空间焊缝而处于拉、压、剪的复杂应力状态,对钢管节点连接的极限承载力有较大的影响--降低承载力;分析比较由有限元计算分析得到等效厚度平面焊缝的承载力特性变形特性,得出空间焊缝极限屈服承载力要比一般的平面焊缝屈服极限承载力低,用一般平面焊缝的计算公式计算不合适.     

圆钢管混凝土短柱局压力学性能研究

进行了12个圆钢管混凝土短柱局压试验,探讨混凝土强度等级、局压面积比对钢管混凝土短柱局压极限承载力的影响.试验结果表明,混凝土强度等级提高,极限承载力增大而延性降低;局压面积比减小,则承载力越高延性越低.采用合理的材料本构关系,利用ABAQUS有限元软件建立圆钢管混凝土短柱局压的壳-实体三维有限元模型,在试验验证的基础之上,利用ABAQUS软件及相应的有限元模型探讨局压面积比、含钢率、钢材强度和混凝土强度对短柱局压极限承载力的影响.通过拟合分析提出圆钢管混凝土短柱局压极限承载力的实用计算公式,将该计算公式、有限元计算值、其他学者提出的计算公式与笔者试验及其他学者共47组圆钢管混凝土短柱局压试验资料进行对比,分析结果表明,笔者提出的公式计算结果与试验结果相比具有较高的精度.     

平面K型圆管节点新的承载力计算公式

建立了平面K型节点非线性有限元分析模型,综合考虑两支管搭接顺序和内隐蔽部分焊缝是否焊接等影响因素,并得到了试验验证,适应性良好.应用该模型,对4类圆管K型节点型式进行了分析计算,通过多元非线性回归,导出K型节点极限承载力新的计算公式,进而提出承载力设计值建议公式.采用国际管节点数据库中试验数据,与现有国内外规范公式进行比较评价,证明该公式有较高的精度和广泛的适用性,能综合反映影响承载力的诸多因素,公式可同时计算间隙型和搭接K型节点,可计算两腹杆具有不同几何参数以及弦杆有轴力作用的K型节点承载力等特点.     

复杂空间焊接钢管相贯节点受力性能有限元分析

为考察焊接钢管节点的受力性能和不同加劲肋构造措施对节点承载力的影响,对3种不同构造措施的相贯节点进行了有限元分析。分析结果表明,空间钢管相贯节点主、支管交汇处为节点受力薄弱区域,特别是以受拉支管与主管相交处更为明显,3种加劲肋构造措施对应的相贯节点极限承载力均满足设计要求,其中:节点构造A型极限承载力最低,为设计荷载的0.9倍;节点构造B型和C型在应力、应变和承载力等方面规律基本一致;节点构造C型对应的弹性设计荷载比节点构造B型提高约30%,且相应的节点极限承载力比节点构造B型提高约6.3%;对加劲肋构造措施而言,在1.3倍设计荷载作用下,节点构造B型优于C型。     

基于OpenSees的钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能有限元分析

为研究钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能,基于已有试验研究成果,利用OpenSees有限元软件,对钢管混凝土柱-钢梁错层节点进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,两者较吻合。通过数值模拟,分析了轴压比、混凝土强度等级和钢材强度等参数对钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能的影响。结果表明:在轴压比为0.3～0.7范围内,随轴压比增大,结构承载力降低明显;随混凝土强度等级提高,试件极限承载力特征值增大较为明显,最大增幅达9.39%;通过对比发现,合理提高钢材强度可以有效增加结构承载力和延性,当模拟计算Q345钢材时,试件极限承载力增加了26.08%,破坏点位移值增加了8.41%。     

钢管拱面内非对称加载试验

进行了钢管拱面内非对称加载全过程试验.试验结果表明,钢管模型拱截面抗弯刚度小,受力过程弯曲变形较大.模型拱截面在受力全过程以弯矩作用为主,轴力较小,轴力与挠度交互作用的几何非线性影响较小.结构破坏属于以材料非线性影响为主的二类稳定问题.结构破坏时,塑性区域的分布较广,应力重分布现象明显,其极限承载力不能采用极限状态法.图6,表1,参6.     

T形钢连接梁柱节点的试验和抗剪计算方法研究

通过对4个中空夹层钢管混凝土柱-钢混凝土梁采用高强螺栓T形钢连接的组合节点的低周反复荷载试验,研究了其典型破坏形态及节点域的剪力-剪切变形骨架曲线;在此基础上,对其节点域的传力机理和抗剪性能进行了理论全过程分析,分别建立了节点域钢管腹板、钢管翼缘和夹层混凝土的剪力-剪切变形的三折线模型,并根据剪切变形协调条件对三部分曲线进行简化后叠加,由此得到整个节点域的屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,并将理论计算结果与试验数据进行对比,二者整体吻合较好.     

基于OpenSees的方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点抗震性能分析

为研究方钢管混凝土柱-不等高钢梁节点的抗震性能,基于4个方钢管混凝土柱-不等高钢梁节点的低周往复加载试验,利用Open Sees开放平台,建立了梁柱节点数值模型。为考虑钢管混凝土-钢梁的实际受力性能,梁柱节点区域采用梁柱纤维单元、非线性弹簧以及剪切区组合建立。通过数值模拟分析了钢管强度等级、梁高比、试验轴压比、核心混凝土强度对不等高钢梁框架节点抗震性能的影响。结果表明:钢管强度等级的增大有利于提高节点的延性和极限承载力,且Q390性价比最高,极限承载力增幅最大为11. 5%;随着左右两侧梁高比的增大,节点承载力上升显著,当梁高比为0. 8时,承载力增幅最大为17. 75%;试验轴压比会导致节点承载力下降,且大于0. 5时,下降幅度十分明显,在设计中应当重视;混凝土强度等级的提升对节点承载力及刚度的影响较小。     

X型钢管相贯节点抗弯极限承载力的影响因素分析

为解决钢管结构设计中相贯节点设计问题,采用三维四节点弹塑性壳单元shell 181单元和理想弹塑性材料在ANSYS有限元程序中建立X型钢管相贯节点的有限元模型,分析了支管直径与主管直径比β、主管直径与壁厚比γ对X型钢管节点的极限抗弯承载力的影响,并给出各影响因素对X型钢管相贯节点抗弯极限承载力的影响规律.     

基于圆环模型的空间XX管接头轴压极限强度分析

应用圆环模型对空间ＸＸ管接头在４种不同轴压载荷比下极限强度进行了分析，圆环的等效宽度采用Ｃｈｏｎｇ等人的１４组有限元分析结果通过最小二乘法回归得到，从而建立了空间ＸＸ管接头极限载荷的计算公式。     

钢管塔K节点的加劲肋布置和极限承载力研究

 特高压输电线路酒杯型钢管塔K节点是受力最复杂的节点,其主管与支管的夹角θ往往小于30°,不能满足国内现行的K节点承载力计算方法规定的θ≥30°的要求.为了解决该问题,本文应用通用有限元软件ANSYS进行数值模拟仿真,验证现有设计验算方法的适用性.针对钢管塔相贯焊连接的K节点设计了3种新型的加劲肋,并对其受力分布和极限承载能力进行分析对比.研究结果表明,θ超出现行规范的规定时,规范对个别工况不适用;新设计的加劲肋布置方案,能显著改善节点危险部位的应力分布,消除应力集中,降低最大应力.在目前没有合适计算公式的情况下,应继续使用现行规范,并采用本文设计的节点加劲肋布置形式增大结构的承载力和安全性.     

内(圆)钢管增强方钢管混凝土偏压柱极限承载力分析数值方法

根据数值积分方法对内（圆）钢管增强的方钢管混凝土偏压弯过程进行了数值模拟,并对其极限承载力进行了计算,在大量试算的基础上,分析了含钢率,偏心距和长细比等因素对极限承载力的影响,最后,将所计算的内（圆）钢管增强的方钢混凝土偏压柱极限承载力的结果与已有的纯方钢管混凝土偏压柱的试验结果进行了对比,表明内（圆）钢管增强效果明显。     

焊接管节点设计承载力公式研究

本文探讨了海洋和建筑工程中焊接管节点在静载轴力作用下的设计承载力问题;在剖析各国规范中极限承载力公式及影响其强度的主要因素基础上,提出了建议的承载力公式;由建议公式及日本、美国、欧洲规范公式计算值与筛选的试验值进行统计计算比较,结果表明：建议公式概念明确,表达形式简洁,各系数计算方便,统计精度较高。最后,根据我国新规范设计原则,并考虑到国产材质和节点焊接条件,提出建议的设计承载力公式。     

方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点地震损伤演化过程分析

为研究方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点在地震作用下的损伤演化过程,基于4个方钢管混凝土柱-不等高钢梁框架节点的抗震性能试验,运用有限元分析软件ABAQUS对梁柱节点进行了数值分析,并选取了适用于此类异型节点的双参数地震损伤模型.通过有限元结果和损伤模型分析了不等高钢梁框架节点在低周反复荷载作用下的损伤发展过程.结果表明:所选取的损伤模型能更好地反映节点从"基本完好"到"完全破坏"的损伤演化规律,且能够定量确定节点不同破坏程度的损伤限值;节点的地震损伤主要集中在高梁上下翼缘螺栓连接处,并随着加载循环次数的增加,损伤累积不断加大,最终破坏模式为高梁端塑性铰破坏.研究结论为该类节点基于损伤的抗震设计方法以及地震损伤评估提供了理论依据.