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.     

考虑撬力作用位置的T型连接初始刚度计算方法

为考虑撬力作用位置对T型连接初始刚度的影响,更准确预测T型连接初始刚度,依据能量驻值原理推导出不考虑和考虑螺栓抗弯刚度时,T型连接撬力作用位置的预测公式,并给出了依据该公式确定普通钢和高强钢T型连接撬力作用位置的具体方法.在此基础上,给出了普通钢和高强钢T型连接初始刚度的计算流程.最后,采用该计算流程对一系列T型连接算例的初始刚度进行计算,并将理论计算和有限元模型计算结果进行对比.研究结果表明,理论与有限元模型计算结果的最大偏差在10%,以内,验证了撬力作用位置预测公式和T型连接初始刚度计算流程的合理性.     

螺栓拼接钢梁的抗弯性能

对具有螺栓拼接的H型钢梁进行抗弯性能试验.考虑了拼接板上不同螺栓数量对节点性能的影响,研究了拼接节点的破坏特点、抗弯强度和刚度.研究发现拼接螺栓的初始滑移对节点后续阶段的承载力和刚度产生了明显不利的影响,拼接截面应变分布不再符合平截面假定;相比无拼接H型钢梁,翼缘拼接板受力更大,钢梁挠度更大;翼缘拼接板先于H型钢梁翼缘进入屈服,但是拼接节点的极限弯矩试验值可达到H型钢梁的全截面屈服弯矩的计算值;螺栓滑移后的拼接节点不能简单地按照刚接处理.提出了考虑节点转动刚度影响的H型钢梁挠度计算方法与公式,并得到了试验数据的验证.     

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.     

梁柱刚性连接中柱翼缘补强计算

钢结构的框架和门式刚架节点设计中,梁与柱强轴方向的刚性连接节点常采用端板式高强螺栓连接。在H型钢普遍应用于框架柱时,当根据螺栓所承受的拉力计算出的梁端板厚度比与其连接的柱翼缘部分的厚度大时,且无法更改柱截面的情况下,柱翼缘部分的补强设计无据可依。文章建立了柱翼缘补强的分析模型,推导出补强板厚度的计算公式,并以实际工程节点算例证明公式的可行性。     

加强式端板连接节点的初始刚度与抗弯承载力

针对需要局部加强的梁柱端板连接节点,考虑了柱翼缘用背垫板加强,节点域柱腹板用补强板加强的构造形式.将节点分为若干组件,求各组件初始刚度;对其中经过加强的组件,采用理论推导和有限元分析相结合的方法得出初始刚度表达式;然后将各组件初始刚度进行组装,得到加强式端板连接节点初始刚度.用屈服线法推导出含背垫板柱翼缘的设计抗弯承载力表达式,参照现行规范推导出其余影响节点承载力的组件的设计抗弯承载力表达式,取其中抗弯承载力的最小值,得出加强式端板连接节点的设计抗弯承载力表达式.通过与有限元计算结果对比表明加强式节点初始刚度的计算方法具有足够的精确性,可用于节点刚性的判断和参数研究.     

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.     

外伸端板节点有限元分析

为考察外伸端板连接中不同端板厚度、螺栓直径、螺栓布置对节点受力性能以及端板强度的影响,采用有限元数值分析软件ANSYS建立半刚性端板连接节点模型进行非线性有限元分析．在建立模型和计算分析过程中考虑了弹塑性、大变形和接触问题．分析结果表明：端板厚度的变化对节点的初始转动刚度、极限转动能力以及抗弯承载力都有不同程度的影响;节点的初始转动刚度随着端板厚度的增加而增加,但节点的极限转动能力却随着端板厚度的增加而减小;设计中建议采用大螺栓、中等厚度的端板,同时螺栓应尽量布置在靠近梁翼缘一侧;传统的T形件方法计算端板强度,其计算结果偏低．     

构造参数对钢结构T型连接受力性能影响试验及分析

为了研究广泛应用于装配式建筑钢结构梁柱节点中的T型连接的力学性能,对钢结构梁柱节点T型连接进行了试验及有限元数值分析。结果表明,T型连接具有较好的承载力和变形能力。改变翼缘厚度及螺栓直径对T型连接力学性能的影响最为显著,增加翼缘板厚度及螺栓直径可以显著提高T型件连接的承载力;增加翼缘板厚度对减小翼缘板应力效果最为明显,当减小竖向螺栓间距和增大横向螺栓间距时,翼缘板应力略有下降;翼缘板相对螺栓直径较薄时,螺栓杆应力值较小,螺栓间距变化对其影响不大。研究结果可为T型连接应用及其构造设计提供参考。     

盾构衬砌管片环向接头刚度解析法及参数研究

基于接头断面的不均匀变形、接头细部构造分析在正、负弯矩作用下接头分离前后的力学特性,分别给出管片环向接头的抗拉刚度和抗弯刚度在接头分离前后的非线性解析公式,以及接头抗压刚度和抗剪刚度的线性解析公式。在此基础上,得到不同管片厚度和螺栓等级工况下线性接头和非线性接头模型的转角与弯矩的关系,并对线性接头模型和非线性接头模型的内力和变形特性进行对比分析。研究结果表明:在接头分离前,其抗弯刚度随管片厚度增大而增大;在接头分离后,接头抗弯刚度急剧减小,但不同管片厚度下的接头抗弯刚度分布规律大致相同;随着螺栓等级提高,接头分离时的突变转角与弯矩逐渐增大;在正弯矩作用下各等级螺栓的弯矩增量比负弯矩作用下的弯矩增量大,但各等级螺栓的转角增量要比负弯矩作用下的转角增量小;在荷载作用下,隧道管片弯矩随螺栓等级提高而逐渐减小;螺栓等级提高对线性与非线性模型的轴力影响较小,管片厚度变化对线性和非线性模型的剪力影响较小,但线性和非线性模型管片的剪力随螺栓等级提高而减小。     

大断面矩形盾构隧道等效抗弯刚度研究

矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度是衡量隧道受力变形的重要参数,对于指导施工及隧道纵向结构设计具有重大意义。将横向刚度与纵向等效抗弯刚度联立起来,由力学平衡条件确定中性轴位置,根据弯矩平衡条件及等效连续梁转角公式推导得到大断面矩形盾构隧道纵向等效抗弯刚度解析解,并探讨了管片宽厚比、长短边螺栓分布、管片厚度等对纵向等效抗弯刚度的影响。研究结果表明:截面长宽比由1增长100%时,隧道纵向等效抗弯刚度有效率η由2.787 5降低为原来的15.3%,最终值为0.426 2;中性轴距离c减小了49.6%,最终值为2.273 0 m;截面厚度t由0.25增长到0.55时,中性轴距离c由2.188 5 m降低0.62%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.099 m增加7.8%;长短边厚度比由1增长到2时,中性轴位置c由2.174 9 m增长0.34%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.106 7降低了21.27%;截面螺栓个数从30增加到80时,c由2.150 4增长1.43%,纵向等效抗弯刚度有效率η由0.121 6降低了12.25%。考虑螺栓分别沿隧道截面长短边均匀分布时,纵向等效抗弯刚度及抗弯刚度有效率大约为理想情况下螺栓均匀化分布时的2/3。在截面螺栓总数不变的前提下,适当降低截面短边螺栓所占比例可有效提升截面抗弯性能。     

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。     

铸钢件连接钢框架梁柱节点初始转动刚度计算

提出了一种铸钢件连接钢框架梁柱节点初始转动刚度计算的方法．静载试验研究获得节点变形特性,根据变形特性提出了铸钢件受拉、受弯以及连接的刚度计算模型．采用ANSYS软件进行参数分析,验证该方法的适用性．结果表明：连接的转动变形主要由铸钢件、柱翼缘、柱腹板、螺栓的变形组成,其中铸钢件变形包含受拉和受弯2部分．本方法所得结果与...     

直螺栓连接预制综合管廊刚度计算方法

为研究直螺栓连接预制管廊的纵向受力性能,引用隧道纵向刚度计算的纵向等效连续化模型,对其进行改进,使其适用于直螺栓连接的预制管廊,从而得到考虑螺栓预应力影响的纵向等效拉压刚度和弹性弯曲刚度。求得了预制管廊在弹性极限弯矩作用下,截面最大拉应力、截面最大压应力、接头最大变形、接头螺栓最大拉应力和接头螺栓最大变形的表达式。运用所得表达式,结合工程实例参数,分析了管廊截面尺寸、管壁厚度、节段长度和螺栓个数对其受弯矩作用时中性轴的位置和纵向等效刚度的影响程度和趋势。结果表明,管廊抗弯刚度受截面宽高比影响较大;通过增加管壁厚度来提高管廊等效刚度的方法不经济;在满足设计要求条件下,适当增大预制节段的长度和增多连接螺栓数量可以有效提高管廊的纵向刚度,并能够很好的改善管廊截面受力状态,同时不失经济性,为直螺栓连接预制拼装管廊结构的设计合理性和工程适用性提供理论支持。     

PEC柱型钢梁端板连接框架抗震性能研究

为了研究焊接H型钢部分包裹混凝土柱-型钢梁端板连接框架骨架曲线、延性、耗能能力等抗震性能,设计3榀框架试件在低周往复荷载作用下进行试验。试件参数是端板厚度和柱翼缘厚度。通过试验,研究讨论了改变端板厚度和柱翼缘厚度对框架抗震性能的影响:分析了试件的骨架曲线、延性、耗能能力抗震性能指标。试验结果表明:柱翼缘厚度从12 mm增加到16 mm,框架节点初始刚度增加39.95%,端板厚度从12 mm增加到20 mm,初始刚度增幅11.76%;增加端板厚和柱翼缘厚可提高框架初始刚度;3榀框架试件的延性系数在4.41~5.38之间,说明PEC柱与型钢梁端板连接框架具有良好的抗震性能;增加端板厚度和柱翼缘厚度可以增加框架结构塑性性能。     

单边高强螺栓T型件连接节点试验研究及数值模拟

通过对单边高强螺栓(STUCK-BOM)T型件连接节点和常规高强螺栓T型件连接节点进行单向静力加载试验和数值模拟研究,研究了单边高强螺栓的破坏模式及抗拉极限承载力,对比了单边高强螺栓与常规高强螺栓力学性能的差异,分析了T型件翼缘板尺寸效应对单边高强螺栓受力性能及T型件节点力学性能的影响.研究表明,单边高强螺栓破坏模式与常规高强螺栓不同,单边高强螺栓因其外套管分肢挤压弯折变形导致螺栓被拔出而破坏失效;单边高强螺栓的抗拉极限承载力与常规高强螺栓基本相同;相较于常规高强螺栓T型件节点,单边高强螺栓T型件节点的抗拉承载力和初始刚度与其基本相同,而塑性变形能力较弱;单边高强螺栓的边距和栓距对单边高强螺栓的抗拉极限承载力影响较小,栓距对T型件节点的抗拉承载力影响较小,而边距对T型件节点的抗拉承载力有一定影响.     

负弯矩作用下半刚性钢管混凝土组合节点初始刚度计算

"T形件"是组合结构梁柱连接节点的重要组件,文章利用组件法,以"T形件"为基本单元,分别给出了各组件的刚度计算方法,如钢筋抗拉刚度、柱壁抗压刚度、柱壁抗剪刚度、端板抗弯刚度、柱壁抗弯刚度、螺栓抗拉刚度,提出了负弯矩作用下端板连接半刚性钢管混凝土组合节点初始刚度计算公式;通过试验验证了所提负弯矩作用下组合节点初始刚度简化计算方法的正确性和准确性。该研究成果可为建立半刚性钢管混凝土组合框架设计方法提供科学依据。     

方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能有限元分析

针对方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点,采用ABAQUS有限元软件进行工作机理及参数分析.研究结果表明:该类新型节点具有良好的转动能力和延性;节点抗弯承载力随着轴压比的增大而降低;柱长细比对该类节点弯矩-转角曲线影响较小;增大钢管强度、混凝土强度、柱截面含钢率可有效提高节点力学性能.对于平齐式端板连接,减小外侧螺栓至钢梁翼缘距离及增大连接螺栓数量可提高节点抗弯承载力.     

盾构隧道等效弯曲刚度的简化计算

在传统刚度有效率研究的基础上,采用弹性力学的变刚度梁计算方法进行了隧道位移和变形的计算,由此得到了简化的纵向刚度有效率计算表达式.实例分析表明:随着螺栓个数的增加和半径的增大,隧道纵向刚度有效率和纵向等效刚度均增大;但是随着螺栓个数的增加,纵向刚度有效率表现为同方向、近线性关系;同时随着螺栓半径的增大,纵向刚度有效率表现为同方向、近抛物线关系;而随着管片厚度和管片混凝土模量的增大,纵向刚度有效率降低.在此基础上考虑由管片刚度改变引起的应力集中,研究了埋深对刚度有效率的影响,结果表明,随着埋深的增加刚度有效率呈线性降低,即隧道纵向等效抗弯刚度减小.研究结果对盾构隧道设计具有一定的指导意义.     

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.