盘扣式钢管脚手架节点转动刚度及稳定承载力研究

盘扣节点转动刚度对盘扣式钢管脚手架稳定承载力有重要影响，但现有研究均未考虑盘扣节点顺/逆时针转动刚度差异.为进一步提高盘扣式钢管脚手架稳定承载力的预测精度，根据各构件真实尺寸建立盘扣节点三维精细化有限元模型，采用基于等向硬化准则及关联流动法则的弹塑性本构模型描述材料的完整变形过程，利用罚刚度方法准确模拟各构件之间的相互作用，从而获得包含顺/逆时针转动刚度差异的盘扣节点完整力矩-转角曲线，并进行了试验验证.研究表明，盘扣节点顺/逆时针转动的力矩-转角曲线及刚度变化规律相似，但逆时针转动的承载能力和转动刚度均大于顺时针转动的情况.基于完整力矩-转角曲线进行的架体稳定承载力分析结果与竖向加载试验结果一致，从而验证了包含顺/逆时针转动刚度差异的盘扣节点完整力矩-转角曲线对盘扣式钢管脚手架稳定承载力预测的适用性.     

承插型盘扣式模板支撑体系节点半刚性研究

承插型盘扣式钢管模板支架目前在土建工程中广泛采用,其搭设方案直接关系到施工安全。目前针对这种支撑体系连接部位的研究较少,我国规范指出应采用半刚性连接模拟,并给出了一个刚度值,但没有说明应用范围。大多数研究者认为规范给出的节点刚度值低估了承插型盘扣式钢管模板支架的承载能力。针对实际工程的需要,通过足尺模型逐级加载试验,测试模板支架立杆的轴力,并通过有限元分析,对比实验和数值模拟结果,得到半刚性节点的刚度建议值。所得结果可为实际工程中该类模板支撑体系的计算分析提供试验和数据参考。     

新型盘扣式钢管支架单元体受力性能研究

针对传统承插型盘扣式钢管支架在实际应用中存在的问题,优化设计了一种新型全工况适应型盘扣式钢管支架体系。为检验新型体系的安全稳定性,对螺丝盘节点受力性能进行了基本单元体试验研究和节点半刚性有限元分析,然后对该基本单元体进行SAP2000建模分析,通过对比分析试验值和理论值,验证有限元分析及试验结果的合理性,确定节点刚度值的取值范围。研究结果表明:螺丝盘与丝杆连接可靠,节点不会先于构件发生破坏;节点刚度值是影响结构稳定承载力的重要因素,建议在工程应用中,半刚性节点的刚度值取70 kN·m/rad。     

新型承插型盘扣式模板支撑体系承载力计算方法缺陷分析

对承插型盘扣式模板支撑体系的承载力进行准确预测,有着十分重要的工程意义,但目前普遍采用的承载力计算方法中存在诸多缺陷。根据规范建议方法设计搭建某实际工程承重型高大模板支撑体系。通过现场检测以及有限元模拟分析,探讨承插型盘扣式模板支撑体系的承载力计算方法。在有限元分析中,采用水平力法考虑初始缺陷对承载力的影响,在接头处设置转动刚度值以分析钢管接头处刚度的削弱;并将有限元计算结果与现场实测值对比。结果表明:仅仅采用规范建议的方法进行计算,其结果与实测结果误差较大;考虑初始缺陷和节点半刚性后,结果获得改善;进一步考虑接头转动刚度后,承载力计算结果与实测结果吻合较好。说明在承插型盘扣式模板支撑体系承载力计算中应充分考虑钢管接头处刚度的削弱,以保证施工安全。     

承插型盘扣式钢管支撑脚手架试验及有限元分析

为了研究其受力性能,设计出3种不同斜杆布置的单元架体,并进行了足尺试验研究及有限元计算。结果表明：斜杆为对角布置时较为合理,且不易使单元架体发生水平倾倒及竖向屈曲失稳;在杆件受力方面,立杆主要是受力杆件,竖向斜杆与水平杆主要是构造杆件,保证整体架体几何不变.运用ABAQUS对试验架体进行模拟,模拟结果与试验结果吻合较好;运用有限元对节点刚度分析可知,节点刚度处在10⁶～10⁹ N·mm∕rad之间时对承载力的影响较大,进而对承载力—节点刚度曲线进行非线性拟合并对比试验值得出节点刚度建议值为38.1 MN·mm∕rad;分析水平杆步距、立杆间距可知,水平杆步距的增加对架体承载力的影响更为显著,建议在工程设计计算时考虑水平杆步距对支撑架体承载力的影响.     

方中空夹层钢管混凝土纯扭力学性能研究

当中空夹层钢管混凝土构件用于高架桥桥墩、输变电杆塔、风力发电支架等时,其抗扭性能是十分重要的,纯扭性能的研究是进行压扭、弯扭、压弯扭力学性能研究的基础,因此有必要对中空夹层钢管混凝土纯扭的力学性能进行深入研究。以名义含钢率和空心率为变化参数,设计了4根方中空夹层钢管混凝土试件和1根实心方钢管混凝土试件,对其进行了试验研究,并且利用有限元软件ABAQUS对纯扭试件的扭矩—转角关系进行了计算。研究结果表明:所有试件具有良好的延性和后期承载力;名义含钢率越大,承载力越大;空心率为0.4的方中空夹层钢管混凝土与实心方钢管混凝土纯扭试件力学性能接近。采用本文的有限元方法可以较好地模拟方中空夹层钢管混凝土和实心方钢管混凝土纯扭试件的扭矩—转角关系全过程曲线。     

圆中空夹层钢管混凝土压扭构件工作机理研究

为了对圆中空夹层钢管混凝土构件在压、扭复合受力下的工作机理进行研究,采用大型通用有限元软件ABAQUS对圆实心钢管混凝土压、扭复合受力构件进行建模计算,现有的试验验证了计算结果与计算方法的正确性.再采用同样的方法对圆中空夹层钢管混凝土构件在压、扭复合受力状态下进行了模拟计算.通过计算发现,扭矩—转角全过程关系曲线分为弹性、弹塑性、塑性强化三阶段.通过对三个阶段扭矩—转角全过程关系曲线、内外钢管和混凝土的应力分布云图、三者间相互作用力以及轴压比影响的分析,结果表明,在加载过程中,当轴压比较小时,随着轴压比的增大,极限扭矩增加;当轴压比较大时,随着轴压比增大,极限扭矩降低.     

椭圆钢管混凝土受扭性能及抗扭承载力计算

为研究椭圆钢管混凝土构件的受扭性能和抗扭承载力计算,文章通过ABAQUS建立了椭圆钢管混凝土受扭构件的理论分析模型,开展了椭圆钢管混凝土构件受扭性能的参数分析,研究参数包括钢材强度、混凝土强度、截面含钢率、截面面积和长短轴比,揭示了椭圆钢管混凝土构件在纯扭状态下的受力机理,提出了椭圆钢管混凝土纯扭构件的抗扭承载力简化计算公式。研究结果表明:椭圆钢管混凝土构件的抗扭强度承载力随着钢材强度、截面面积和含钢率的增大而增大;椭圆钢管混凝土构件的扭矩(T)-转角(θ)曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性强化阶段,表现出良好的塑性性能;提出的椭圆钢管混凝土构件抗扭强度承载力公式可用于椭圆钢管混凝土设计中。     

配体外预应力钢束的曲线箱梁桥抗扭设计

为了抵抗曲线箱梁桥的扭转效应、改善结构的受力状态,在不增加预应力钢束数量的前提下,提出一种利用体外预应力钢束形成空间抗扭作用的方法.基于空间解析几何关系推导了体外预应力扭矩计算公式,以此建立了以最小扭矩为目标的体外预应力钢束的抗扭设计流程,并利用非线性规划方法给出钢束最优平面线形参数的数值解法.分析结果表明,与体内预应力钢束相比,通过合理的体外预应力钢束空间布置,能大幅降低扭矩峰值,抗扭效果明显,且不影响抗弯、抗剪能力;扭矩计算数值解与有限元分析结果吻合良好,能方便地用于实际设计.     

T 形钢管混凝土柱荷载-位移骨架曲线模型

文章采用有限元分析软件ABAQUS对T形钢管混凝土柱的抗震性能进行了数值分析,基于低周反复荷载作用下有限元计算的荷载-位移滞回曲线,得出了 T形钢管混凝土柱的荷载-位移骨架曲线,通过对有限元计算结果进行回归分析,提出了T形钢管混凝土柱荷载-位移骨架曲线模型,充分考虑了轴压比、套箍系数、长细比对骨架曲线的影响,推导了模型参数（弹性阶段刚度、屈服荷载、强化阶段刚度）计算表达式,并引入修正系数η对弹性阶段刚度进行修正,最后将模型计算结果与有限元计算结果进行了对比。分析结果表明：弹性阶段刚度有限元计算值偏大,经修正误差控制在一定范围内;轴压比、套箍系数、长细比对屈服荷载和强化阶段刚度影响较大;模型计算结果与有限元计算结果吻合较好,该模型具有一定的计算精度和应用价值,可为后续研究提供参考。     

空间多功能加载装置的试验研究及有限元分析

为适应空间复杂节点工作性能的试验研究需求,设计并制作了由自平衡反力加载框架、液压千斤顶和其他辅助构件构成的空间多功能加载装置。该装置可进行平面节点和空间节点试验,能实现空间节点多个杆件(最大允许9根)同时加载,加载制度可采用单调加载或滞回加载,空间同时多向最大加载达10 000 k N。目前,该装置已成功应用于装配式平面钢框架梁柱节点和空间复杂相贯节点足尺试验。为验证该加载装置在空间多向设计荷载下的刚度和强度,采用有限元软件ABAQUS对加载框架进行了模拟分析。分析结果表明:1该加载装置安全、可靠;2空间复杂相贯节点足尺试验过程中,加载框架测点位移数值变化无规律性并非因框架屈服,而是由空间同时多向加载相互耦合所致。     

方钢管柱-H型钢梁全螺栓连接节点抗震性能分析

为针对钢框架梁柱节点在焊接时易发生脆性破坏的问题,在原有的方钢管柱-H型钢梁节点(T-3)下,构建一种通过槽钢连接件采用全螺栓连接方钢管柱-H型钢梁的基准模型(BASE试件)。运用ABAQUS模拟分析,变动轴压比、方钢管柱壁厚、螺栓预紧力,对其抗震性能展开分析。结果表明:BASE模型节点最终以环板螺栓孔撕裂破坏而结束工作,避免了栓焊易出现的脆性破坏;方钢管柱壁厚的增加使节点域强度增强,从而提高节点的延性,耗能能力也随之增强;节点延性随轴压比的增大先增大后减小,变化范围在4.618～2.567;螺栓预紧力从77.5 kN增加到186 kN,刚度提升幅值约61.4%,节点的承载能力也有很大的提升。     

楼板作用的装配式型钢混凝土柱-钢梁节点抗震性能分析

为研究楼板组合效应对装配式型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)柱-钢梁节点抗震性能的影响,基于拟静力试验,运用ABAQUS软件对栓焊混合连接形式的装配式边节点进行有限元验证,在有效模型的基础上,对装配式SRC柱-钢梁及其考虑楼板组合效应的节点的抗震性能进行系统地对比分析;进而研究楼板厚度、宽度两个参数对节点抗震性能的影响规律.结果表明:数值模拟所得的节点模型的骨架曲线、承载特性及刚度退化与试验结果一致,所建模型可较好地模拟节点的实际受力情况;楼板与钢梁的结合使节点试件承载力和刚度均显著提升,破坏时H型钢梁下翼缘连接板屈曲变形明显,提高了上翼缘的局部稳定性,延性系数和等效黏滞阻尼系数均减小,环线刚度退化明显,强度退化不明显;增加楼板厚度使装配式SRC柱-钢梁节点试件的承载力以及刚度和耗能能力得到提升,而且会减缓刚度退化速度;在600～1000 mm范围内,楼板有效宽度的增加对节点承载力、初始刚度及耗能能力均有较明显的提升,但其延性有所降低.楼板设计时应合理选取各参数.研究成果可为装配式SRC框架节点实际工程应用提供理论支持.     

套管承插式脚手架节点力学性能研究

为了揭示套管承插式节点的半刚性特性、计算方法及其对节点及脚手架承载力的影响,本文结合相关试验数据、数值仿真和理论分析,研究了节点连接棒的伸入长度、连接方式对节点刚度产生的影响以及节点刚度对脚手架承载力的影响。分析结果表明：节点连接棒的长度为在12cm范围内时,伸入长度的变化决定了节点的刚度大小,超过12cm时,节点刚度的数值基本不受连接棒伸入长度影响;固定式连接棒的节点转动刚度相对于活动式的提高11%左右,进一步模拟得到采用三点焊接方式的节点刚度最优。最后选取5组节点刚度数据对脚手架进行仿真计算,得出节点刚度对结构极限承载力大小的影响能达到40%,说明节点刚度对脚手架承载力有显著影响。     

考虑楼板组合作用的钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

为研究在楼板组合作用下钢管混凝土节点的抗震性能,本文按照1:2比例制作了两个不同梁柱线刚度比的带楼板钢管混凝土柱钢梁节点试件。试验利用MTS液压加载系统对节点梁端施加循环往复荷载进行拟静力试验,并利用ABAQUS软件建立有限元模型进行数值模拟分析。通过试验与有限元模拟,得到了节点的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、强度退化和刚度退化等性能参数。结果表明：两个节点试件在楼板组合作用下,滞回曲线饱满,节点表现出良好的抗震性能;在轴压比不变的情况下,随着梁柱线刚度比的增加,节点的延性、强度和刚度均有所提高;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,为参数分析提供了依据。     

T型矩形钢管混凝土受压节点性能研究

采用有限单元法分析了 12个典型的 T型矩形钢管混凝土受压节点及 T型矩形钢管受压节点 ,得到了节点的荷载 -位移曲线及变形规律 ,分析了钢材强度、腹杆宽度与弦杆宽度的比值诸因素对节点极限承载力和初始刚度的影响     

半刚性钢框架竖向跨间刚度计算

根据半刚性连接梁单元的转动刚度和传递系数,利用集体分配原理和反弯点法,推导了半刚性连接钢框架的竖向跨间刚度计算公式。实例计算结果表明:在节点连接刚度由刚接变为铰接的过程中,竖向跨间刚度逐渐减小且呈非线性变化;当节点连接为铰接时,竖向跨间刚度为零。文中公式计算结果与sap 2000有限元分析软件的计算结果相近,验证了该计算方法的可靠性。     

平面钢管桁架面外失稳的节点刚度参数分析

平面外失稳是平面钢管桁架受压主管在荷载作用下的主要破坏形式之一。在稳定验算过程中,如果不考虑相贯节点转动刚度的影响,对于受压主管无支撑的平面桁架将得到一个不精确的面外稳定承载力。为了评估节点转动刚度各分量的影响,对平面钢管桁架建立带连接单元的杆系非线性有限元分析模型,并对有限元模型的稳定承载力进行了节点刚度参数分析。分析结果表明,节点面外转动刚度对于面外稳定承载力影响显著,而节点面内转动刚度及扭转刚度影响很小,对平面钢管桁架进行稳定分析时,必须考虑节点面外转动刚度的影响,才能得到较为精确的分析结果。