有螺栓预紧力的T型连接初始刚度计算方法

为深入了解螺栓预紧力对T型连接初始刚度的影响,基于连续梁模型对有预紧力时不考虑和考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算方法进行了研究,给出了其初始刚度的计算公式.对影响T型连接初始刚度的翼缘厚度和螺栓位置进行了参数分析,得到不同参数对有预紧力T型连接初始刚度的影响规律.研究结果表明,随着螺栓轴线至翼缘边缘距离的增大和翼缘厚度的减小,螺栓抗弯刚度对连接初始刚度的影响逐渐增大.对于有螺栓预紧力的普通钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度时初始刚度的计算结果较不考虑时提高约6%;但对于有螺栓预紧力的高强钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度的计算结果较不考虑时提高约30%.因此,对于有螺栓预紧力的高强钢T型连接,计算其初始刚度时不可忽略螺栓的抗弯刚度.     

考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算方法

为深入了解螺栓抗弯刚度对T型连接初始抗弯刚度的影响,探讨了现阶段T型连接刚度的不同理论计算方法,并分析了不同计算方法的优缺点;在此基础上,采用连续梁模型导出了考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算公式;将公式计算结果与可靠的有限元模型计算结果进行对比,验证了公式的正确性;进而对影响T型连接初始刚度的翼缘厚度和螺栓位置进行了参数分析,得到了不同参数的影响规律.研究结果表明:随着翼缘厚度的减小和螺栓轴线至翼缘边缘距离的增大,螺栓抗弯刚度对T型连接初始刚度的影响增大;对于普通钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度时T型连接初始刚度的计算结果较不考虑时提高的幅度不足5%;但对于高强钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度的计算结果较不考虑时提高约30%.因此,对于高强钢T型连接,计算其初始刚度时,不可忽略螺栓的抗弯刚度.     

拉剪复合作用下高强钢T型连接高温力学性能的数值与理论研究

为研究火灾下考虑附加轴力作用的高强钢T型连接的力学性能，在高温火灾试验的基础上采用有限元分析软件ABAQUS对高强钢T型连接进行数值分析，得到附加轴力作用下高强钢T型连接在火灾下的初始刚度、抗拉承载力、失效模式等，并与试验结果进行对比，校验了数值模型的有效性与准确性. 而后，采用经验证的有限元模型进行数值分析，研究了不同拉剪复合作用下高强钢T型连接在火灾下的力学性能，研究发现：随着剪拉比的增大，T型连接的抗拉承载力和极限位移会显著下降，螺栓成为高强钢T型连接在拉剪复合作用下承载的关键. 最后，结合《钢结构设计标准》对火灾下T型连接中高强螺栓受到的拉力与剪力的关系式进行理论推导，并与有限元模拟结果和试验结果进行对比分析，验证了所提出的关系式有较好的适用性，且能较为准确地预测火灾下螺栓的抗拉承载力.     

外伸端板半刚性节点的初始刚度和内力分析

钢框架梁柱外伸端板连接节点的半刚性结构力学模型,是一种用已知节点尺寸来预测其M-θ关系的非线性数学模型, 模型中的主要参数是节点初始转动刚度和极限承载力.文章给出了考虑外伸端板半刚性节点连接的线性化模型初始刚度的计算公式,推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式,讨论了半刚性连接对框架内力的影响.     

高强钢外伸式端板节点性能试验与有限元分析

为了解高强钢端板连接节点的受力性能和失效机理,对Q690和Q960高强钢端板连接节点进行足尺模型试验研究和有限元模拟分析,并将试验结果与采用欧洲规范EC3的计算结果、有限元分析结果进行对比.研究结果表明:节点的失效模式为端板破坏和螺栓断裂;高强钢端板连接节点具有良好的转动能力;EC3中用于普通钢端板连接节点承载能力计算和失效模式预测的组件法可直接用于高强钢端板连接节点,但转动刚度的计算公式并不适用,且EC3关于保障节点转动能力的相关要求对高强钢端板连接节点偏于保守.本文建立的有限元模型可准确模拟该端板连接节点的弯矩-转角关系和失效模式.     

高强钢梁柱外伸式端板节点常温与火灾后性能参数分析

为了解端板厚度、螺栓直径、螺栓预紧力、柱翼缘厚度、端板钢材强度及过火温度等因素对高强钢端板连接节点力学性能的影响,对薄高强钢端板替代厚普通钢端板这一设计理念进行深入探讨,采用ABAQUS对高强钢端板连接节点进行有限元分析.有限元分析结果表明:端板厚度增加,节点的初始转动刚度和极限承载力提高,转动能力下降;螺栓直径增加,节点的初始转动刚度、极限承载力及转动能力均提高;螺栓预紧力增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力和转动能力基本不变;柱翼缘厚度增加,节点的初始转动刚度提高,极限承载力基本不变,转动能力略有减小;端板钢材强度增加,节点的初始刚度基本不变,极限承载力提高,转动能力在端板钢材强度不超过Q460时基本不变,高于Q460后显著减小;与采用较厚普通钢端板的节点相比,采用薄高强钢端板的节点常温下和火灾后均可达到相似的承载力、相近甚至更高的转动能力;端板连接节点火灾后可能发生失效模式转变,甚至由延性转变为脆性的失效模式.     

高强钢端板连接节点弯矩-转角曲线数学模型

为预测高强钢端板连接节点在常温、火灾下及火灾后的弯矩-转角曲线,以四参数指数模型为基础,基于组件法和等效T型连接,提出了初始刚度、屈服后刚度和抗弯极限承载力的计算方法,将计算结果代入四参数指数模型得到预测高强钢端板连接节点弯矩-转角曲线的方法;与足尺试验中Q690和Q960高强钢端板连接节点在常温、火灾下及火灾后的共10组试验结果进行对比。结果表明,抗弯极限承载力的计算结果与试验值较吻合,其中Q960的相对误差在5%以内,初始刚度的计算结果比欧洲钢结构设计规范(EN 1993—1-8)的结果更接近试验值,预测的Q960高强钢端板连接节点弯矩-转角曲线与试验结果吻合,而Q690预测结果偏于安全。     

波纹腹板H型钢梁柱端板螺栓连接节点抗弯性能

提出了一种波纹腹板H型钢梁与普通H型钢柱采用端板螺栓连接的节点构造.基于高强螺栓抗拉性能的刚性端板模型和T形连接件理论,提出波纹腹板H型钢梁柱端板螺栓连接节点的设计方法.进行了2个波纹腹板H型钢梁柱端板螺栓连接节点的静力试验,并使用商用有限元分析软件ABAQUS建立节点的有限元模型,将设计弯矩下的高强螺栓最大拉力的试验结果与有限元计算结果进行对比,证明了高强螺栓拉力计算公式的可靠性;通过对比设计弯矩和有限元计算的端板屈服弯矩,证明了端板厚度计算公式的合理性.     

不同构造T形钢连接节点受力性能分析

当采用T形钢和高强螺栓连接的梁柱节点时,不同的连接件构造对节点受力性能的影响很复杂。为了研究不同连接件构造对T形钢连接节点受力性能的影响,在实验研究的基础上,用有限元软件ABAQUS建立不同构造节点的非线性有限元模型进行分析。模型综合考虑了材料的循环塑性特征、连接部位的接触问题以及高强螺栓的预紧力等要素。通过数值模拟分析,对包含不同构造连接件的T形钢连接节点在循环荷载作用下的受力性能进行了深入探讨。研究结果表明:对节点连接件进行局部加强可以显著提高节点承载力,但对增加其延性和耗能能力并无帮助;对节点连接件进行局部削弱有助于增加节点的变形能力和耗能系数。但其承载能力退化严重;翼缘扩大型T形钢连接节点的延性系数和耗能系数均是普通T形钢连接节点的1.3倍,其承载能力较普通T形钢节点提升了43.3%,是更优良的T形钢连接节点构造形式。     

高强钢外伸式端板节点火灾性能试验与数值分析

对1个Q690和2个Q960高强钢外伸式端板连接节点进行高温550℃下的足尺模型试验研究和有限元模拟分析,并将试验结果与采用欧洲现行钢结构设计规范EN 1993-1-8的计算结果及有限元分析结果进行对比.结果表明,550℃时,Q690和Q960高强钢端板连接节点的承载力分别为常温时的45%和46%,初始转动刚度为常温时的57%和65%,但转动能力分别为常温时的1.43倍和1.66倍.EN 1993-1-8中基于普通钢端板连接节点常温力学性能所提出的组件法可直接用于预测高强钢端板连接节点火灾下的失效模式和承载能力,但初始转动刚度的计算公式并不适用,且采用EN 1993-1-8关于保障节点转动能力的相关要求对高强钢端板连接节点进行抗火设计偏于保守.有限元模型可准确模拟该端板连接节点火灾下的弯矩转角关系和失效模式.     

钢结构连接中的撬力计算

在螺栓受拉连接设计中,撬力作用对螺栓和连接件影响不可忽视。文章借鉴美国LRFD手册中对连接件和螺栓受撬力影响的分析模型和公式,建立了高强螺栓受拉连接的简化分析模型,得出连接件厚度和高强螺栓撬力简化计算公式。通过与美国LRFD手册及欧洲钢结构协会公式值实例比较,证明公式的可行性,可供实际设计中应用。     

高强钢的应力强度因子分析

为研究高强钢的断裂性能,应用有限元方法对高强钢的应力强度因子进行分析。将宽板试验结果与有限元模拟结果进行对比,考虑了裂纹形式、边界条件以及加载状况的影响,验证了应用有限元进行断裂性能分析的可行性;通过断裂力学理论,对高强钢结构进行整体分析,确定应力最不利位置,对结构施加初始裂纹,计算结构裂纹的应力强度因子,并得出裂纹尺寸与应力强度因子的拟合公式,该公式简洁实用,可供实际工程参考。     

端板连接组合节点初始转动刚度分析

利用欧洲规范3与欧洲规范4介绍的组件法思想,针对已有的端板连接组合节点初始转动刚度分析方法的不足,提出了端板连接组合节点负弯矩作用下节点初始转动刚度的详细计算步骤;考虑板内纵筋与剪力栓钉竖向位置的不同及桩腹板加劲肋的影响,给出了初始转动刚度组件法分析模型.将分析结果与试验结果进行了比较验证,结果表明该分析方法精度较好,能够用于工程设计中对该类节点初始转动刚度的预测.     

高强钢平齐式端板连接节点火灾后性能数值研究

采用Abaqus软件对高强钢平齐式端板连接节点火灾后性能进行模拟,结果表明有限元模型能准确模拟节点的弯矩-转角关系、节点失效模式和应力分布等.在此基础上,对端板采用Q460高强钢和Q345普通钢的节点进行参数分析.结果表明:在历经550℃火灾高温并冷却后,节点力学性能未发生明显退化;端板材料对节点初始刚度无影响,但对节点承载力影响显著;与采用较厚普通钢端板的节点相比,采用较薄高强钢端板的节点可实现相近的承载力甚至更高的转动能力.     

CFRP板加固钢¬混凝土组合梁的非线性有限元分析

粘贴碳纤维增强复合材料(CFRP)板能有效的提高钢－混凝土组合梁的强度和刚度。文中采用非线性有限元方法分析了简支CFRP板加固钢¬混凝土组合梁的极限承载力和刚度,并对有限元模型中胶层和栓钉连接层的影响进行了研究。利用有限元方法与理论公式计算及实验结果进行分析和比较,结果表明：（1）非线性有限元分析得到的应力－应变曲线及CFRP板的纵向应变与试验结果吻合较好;（2）考虑连接层的有限元模型比不考虑连接层的有限元模型有更高的精度;（3）CFRP板的性能在钢梁屈服后才得到充分发挥;（4）对比其他方法,由考虑连接层有限元模型计算得到的抗弯极限承载力最接近实验结果,误差小于3%。     

新型全装配式剪力墙结构水平缝节点的机理分析

提出一种采用内嵌边框、高强螺栓以及连接钢框连接相邻层预制墙板的新型干式连接方式.为研究该连接方案的可行性及连接件的传力机理,进行了试验研究及有限元模拟;然后对节点的传力路径进行了分析,并讨论了连接件的制作误差对传力路径的影响;最后对弹性阶段及弹塑性阶段时连接件的应力分布与重分布进行了分析,得到了连接钢框应力分布的计算模型以及高强螺栓传递剪力的计算公式.试验研究及有限元分析表明,该新型连接方案可行,传力路径明确.机理分析表明:连接钢框受压区的应力大于受拉区的应力;受压区高强螺栓传递的剪力大于受拉区高强螺栓传递的剪力,受压区的高强螺栓率先发生滑移.     

滑移对薄壁U型钢-混凝土组合梁挠度的影响

建立薄壁U型钢-混凝土梁的挠度计算模型,推导梁的平衡微分方程,得出组合梁在不同荷载作用下的挠度计算公式.对8根组合梁进行计算,将计算结果与用现有计算方法计算的值和试验值进行比较,结果表明,薄壁U型钢-混凝土梁的滑移效应对挠度的影响较大,不能忽略不计.在相同的剪力连接件作用下,薄壁U型钢-混凝土梁的剪力连接程度比普通钢-混凝土梁低,要适当增加剪力连接件,剪力连接程度系数可从0.66提高到0.75.通过与现行钢结构设计规范公式的比较和分析,得出适合薄壁U型钢-混凝土梁挠度计算的刚度折减系数修正计算公式.     

考虑撬力作用的T形受拉连接设计方法

分析了T形螺栓受拉连接的破坏机理,讨论了撬力作用产生的原因及影响因素.通过比较国内外钢结构节点设计中采用的对撬力作用计算和设计方法的不同,提出节点设计过程中计算撬力作用更合理,需要消除撬力影响时也应采用计算的方法和相应构造措施.     

基于Abaqus的顶底角钢连接节点的初始刚度计算

利用有限元软件Abaqus模拟顶底角钢连接节点,分析连接节点的弯矩转角性能和初始刚度,提出了一种计算初始刚度的新模型.将通过新模型与Kishi和Chen提出的初始刚度计算公式获得的数据进行对比,结果表明前者具有较好的计算精度.     

H型钢万能轧制力计算方法

基于分离腹板和翼缘相互影响的思路建立2种特殊的H型钢万能轧制模型.通过研究不同延伸比和面积比条件下水平辊、立辊轧制力与平板轧制的关系,总结归纳出H型钢万能轧制力计算公式,并用其他规格道次的H型钢轧制力进行对比验证.研究结果表明:在相同的面积比条件下,随着腿腰延伸比λ的增大,水平辊轧制力减小,立辊轧制力增加;随着翼缘或者腹板面积的减小,不同延伸比情况下的水平辊中间位置轧制力和立辊轧制力分别收敛于1个稳定值;该H型钢轧制力计算公式能较好地反映不同工艺参数下轧制力的变化趋势;水平辊轧制力公式计算结果与有限元模型计算结果的最大相对误差为16.7％,与实测值的相对误差为3.4％;立辊轧制力公式计算结果与有限元模型计算结果的最大相对误差为8.7％,与实测值的相对误差为4.4％.