大跨重载钢结构梁柱销轴连接节点有限元分析

目的对大跨重载下销轴节点的受力情况和极限荷载进行分析,以弥补现行钢结构设计规范中销轴设计相关内容的空白.方法选用有限元软件ABAQUS建立节点三维有限元模型,对受压、受拉作用下的销轴节点和单调、循环荷载下的子结构分别进行了有限元模拟.结果有限元结果和试验结果吻合良好,节点相对于设计荷载工况具有相当的安全系数,在循环荷载作用下有较好的延性和耗能能力.节点的设计满足强节点弱构件的要求.结论试验结果证明有限元模型可以很好地模拟试验结果,有限元软件能够辅助销轴节点设计.     

带贴板销轴耳板连接参数化分析及设计方法研究

由于销轴耳板连接力学性能良好,施工安装方便,是索节点常用的连接形式．工程中为了提高无贴板销轴耳板连接的极限承载力,常在耳板两侧焊接贴板．然而现阶段针对带贴板销轴耳板连接的研究相对较少,其极限承载力计算方法尚未明确．为探究带贴板销轴耳板连接的破坏形式和极限承载力影响因素,设计了20个销轴耳板连接试件,包括4个无贴板销轴耳板连接试件和16个带贴板的销轴耳板连接试件,并进行破坏性试验．采用有限元软件ABAQUS对其力学性能和破坏形式进行数值模拟,模拟得到的破坏形式、极限承载力与试验结果基本一致,验证了有限元方法的正确性．基于有限元模型对带贴板销轴耳板连接进行参数化分析,研究销孔直径、耳板端距、耳板边距等参数对销轴耳板连接极限承载力的影响．通过理论推导和线性拟合的方法得到了带贴板销轴耳板连接孔壁承压破坏、净截面拉断破坏、端部截面剪切破坏下的极限承载力计算公式．由于贴板通过焊缝与耳板连接,在焊缝的作用下与耳板协同承受荷载,因此必须保证焊缝的强度,通过理论推导得出了环形角焊缝极限承载力的计算公式,并与有限元模拟计算结果对比,结果较为接近．本文为实际工程中验算带贴板的销轴耳板连接的极限承载力提供了理...     

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.     

矩形钢管混凝土柱压弯力学性能分析

为了研究矩形钢管混凝土柱的压弯力学性能以及进一步提高设计阶段矩形钢管混凝土柱压弯承载力的计算精度,在先前的压弯试验研究的基础上,利用有限元软件Abaqus建立了矩形钢管混凝土柱的有限元模型,与试验结果对比并进行了参数化分析,发现构件的抗弯刚度随截面尺寸的增大而增大,偏心率和长细比是影响构件承载力以及挠度发展的主要因素。此外,通过对于同一构件改变偏心距的方式,得到构件的荷载—弯矩曲线的有限元结果,将其与试验结果以及规范EC4、CECS159:2004、LRFD99中简化计算公式得到的荷载—弯矩曲线进行对比,分析得出:有限元和规范EC4、规范CECS159:2004的计算结果较为安全准确,而规范LRFD过于保守。再提取大量现有文献中的试验数据与上述规范中的轴压、纯弯、压弯承载力公式计算结果进行对比,提出针对不同影响因素合理选择较为适用的规范的建议。     

新型钢管混凝土柱板节点偏压性能研究

研究的新型钢管混凝土柱板节点,避开了以往传统节点的局限性,具有连接方便、施工简易、降低造价等优点.在对该节点的轴压研究的基础上,着重展开了对其偏心受压性能的试验研究.共设计了15个节点试件,进行了11个试件的偏压试验和4个试件的轴压对比试验.讨论了荷载偏心距、混凝土强度等级、环筋配筋率以及钢管柱横截面积等因素对该节点偏压承载力的影响,探讨了该节点偏心受压的受力机理和力学性能,并结合该节点轴压承载力计算公式和现行混凝土规范中的局压承载力公式提出了一套适合该节点偏压承载力计算的设计公式,为实际设计提供了定量的依据.     

预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力性能分析

建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点在往复荷载作用下受力性能分析的精细化有限元计算模型.根据已完成的6个"弱节点"试验结果,对比分析试验与模拟试件的破坏模式、梁端荷载-位移骨架曲线和特征点荷载,验证了有限元模型的准确性.研究了预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力全过程工作机理,并对各关键组件的应力、应变发展规律及其相互作用进行分析.通过有限元模型参数化分析,研究了轴压比、钢套箍厚度、钢套箍延伸高度、预制混凝土管强度及芯部混凝土强度等因素对节点承载力和变形能力的影响.分析结果表明:在梁端往复荷载作用下,钢套箍屈服"拉力带"和核心区混凝土"斜压杆"机构共同抵抗节点剪力;峰值荷载时钢套箍以刚体变形为主,极限荷载时钢套箍腹板大面积屈服;芯部混凝土、钢套箍与预制混凝土管之间界面接触相互作用力分布不均匀;轴压比、钢套箍厚度、预制混凝土管和芯部混凝土强度对节点承载力及变形能力影响较大,增大钢套箍厚度可以显著提高节点承载力及变形能力;钢套箍延伸高度增加可以提高节点变形能力,但对承载力影响不明显.建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点受剪计算模型,理论值与模拟值吻合较好且偏于安全.     

隔板贯通式梁柱节点静力拉伸性能试验研究

H型钢梁与方钢管混凝土柱的隔板贯通式节点具有形式简洁、传力途径明确等优点,因而在我国相关规范中推荐采用。然而,针对该节点的理论和试验研究有限,因此有必要对它进行进一步深入的研究。为研究隔板贯通式节点的力学性能并确定其承载力计算公式,采用ANSYS对它进行有限元分析,同时设计并进行该节点的静力拉伸试验。该试验采用正交法设计9个构件,外加1个空钢管节点作为对比。阐述构件的破环模式和过程,并将试验结果与有限元分析结果及承载力计算公式的计算结果进行对比分析,结果证明有限元分析模型和承载力计算公式的有效性。在此基础上,得到一些结论：隔板贯通式节点具有较高的承载力和较好的延性,本文的承载力计算公式能够有效的计算它的抗拉承载力。     

装配式钢管混凝土柱—钢梁节点性能数值分析

为进一步研究所设计的装配式梁柱节点性能,基于大型有限元数值平台ABAQUS,通过建立低周往复荷载作用下装配式钢管混凝土柱—钢梁节点三维有限元模型,综合考虑材料非线性和几何非线性,并与节点试验结果对比,从滞回曲线、骨架曲线、延性系数以及耗能等方面进行了多工况数值计算,分析了加强环板尺寸和形状、轴压比及有无垫板等对装配式钢管混凝土柱—钢梁节点性能的影响规律,在此基础上,进一步对该装配式梁柱节点进行了参数化数值外推分析,探讨了节点受力变形规律和破坏机理,计算结果表明该节点模型当轴压比为0.8时,节点承载力明显降低,当钢管厚度达到8 mm时,钢管厚度对节点性能影响不显著。     

大跨重载钢结构梁柱销轴节点承载性能试验研究

某多层工业厂房为钢框架结构,二层大跨度楼面钢桁架与钢柱连接采用销轴节点.钢桁架上下弦杆及腹杆均采用H型钢截面,弦杆及腹杆通过特定构造形式的节点域采用销轴与柱伸出的耳板连接.为满足工程设计要求,需要确定其承载性能.根据设计要求和有限元分析结果,对该连接节点设计了4组试件进行试验研究,结果表明销轴节点在设计荷载下处于弹性阶段,破坏阶段仍具有良好的延性,承载性能满足设计要求,可为类似工程参考.     

考虑主管轴压比影响的T型管节点抗冲击承载力研究

为了研究轴压比对T型管节点抗冲击性能的影响,本文运用有限元软件ABAQUS建立了不同主管轴压比下一端固支一端可轴向平动的T型管节点冲击模型.通过与已有文献中的侧向冲击试验结果的对比分析,验证了有限元分析模型的可靠性.基于对破坏模态、冲击力时程曲线、位移时程曲线的分析,揭示了轴压比对T型管节点抗冲击性能的影响,并探讨了不同轴压比下T型管节点抗冲击极限承载力的确定方法.研究结果表明:主管在冲击荷载作用下,轴压比越大,节点局部凹陷变形和整体弯曲变形越大;当轴压比大于0.6时,破坏模态由节点相贯处的鼓曲破坏变为主管因产生塑性铰而发生整体失稳破坏.基于抗冲击承载力分析,建议取T型管节点整体变形(L/2)/50处所对应的冲击力作为T型管节点的抗冲击极限承载力.     

T形钢管混凝土异形柱和工形钢梁节点承载力性能试验

目的研究T形钢管混凝土异形柱和工形梁节点在反复荷载的承载力性能,为合理评价该类型节点的受力性能和承载能力提供依据.方法对3个T形钢管混凝土异形柱和工形钢梁节点进行反复荷载试验研究,其中一个试件为全焊接节点,两个为栓焊混接节点,分析了节点在反复受力过程中的变形特征、承载力退化及能量消耗的能力;在试验结果的基础上建立有限元模型,并将限元分析和试验得到的竖向荷载-变形曲线以及最大荷载进行对比.结果使用具有足够数目塞焊孔的套筒连接的栓焊混接节点的滞回曲线最为饱满,计算得到的耗能系数最大;有限元分析结果和试验结果对比显示有限元模型与试验竖向荷载-梁端变形曲线以及最大荷载吻合良好,有限元分析结果可以用于参数分析.结论 T形钢管混凝土异形柱和工形钢梁节点具有比较良好的滞回性能和耗能能力;梁与套筒间的焊缝质量以及套筒和柱之间的塞焊质量对节点的承载能力、变形能力和耗能能力都有重要影响,塞焊数目对承载能力有显著影响,而焊缝质量对耗能能力有显著影响.     

大跨度楼面桁架销轴节点承载性能试验研究

以山东邹城国际会展中心实际工程为研究背景,结构为多层框架,柱采用圆钢管或矩形钢管,梁采用钢桁架或H型钢.大跨度部分二层楼面钢桁架上下弦杆及腹杆均采用H型钢,与圆钢管柱采用销轴节点连接,为较理想的铰接.因楼面荷载大,现行规范没有销轴节点的设计方法,有必要进行试验研究.通过4组试验及有限元分析,表明销轴节点具有良好的传力性能和转动能力,承载性能满足设计要求,其设计方法可供类似工程参考.     

输电钢管塔K型管板节点承载力试验及参数

为考察K型管板节点的受力性能,进行了4个大尺寸无偏心、负偏心K型管板节点的静力试验.结果表明,负偏心节点安全可靠,可用于实际工程;无偏心、负偏心两种节点的受力性能和破坏模式基本相同.同时,对试验加载过程进行了有限元非线性数值分析,研究了各主要参数对节点极限承载力的影响,并将分析结果与各国相关规范建议值进行了对比,提出了K型管板节点的极限承载力计算公式;并对主管轴力和肋板对节点极限承载力的影响进行了评价.     

新型冷弯薄壁型钢组合龙骨轴压性能试验研究

为解决轻钢结构承载能力低、敲击空鼓、防火防腐等诸多问题,设计了一种新型中间支撑轻钢灌浆墙体,其龙骨截面形式为多肢组合截面.开展了竖龙骨和立柱龙骨的轴心受压试验,并进行了精细化有限元分析.结果表明,在轴心荷载作用下,竖龙骨和立柱龙骨主要发生整体弯曲屈曲破坏,且伴随有畸变屈曲现象,二者出现的先后顺序不同.立柱轴压承载力达到127kN,可以作为墙体体系中的主要受力构件.ABAQUS有限元软件可以精确地模拟出冷弯薄壁型钢组合截面龙骨的极限承载力和破坏模式,模拟结果与试验结果吻合良好.通过调整长细比及有效截面面积,对现行规范中轴压构件承载力计算方法进行修正,得到了竖龙骨与立柱轴压承载力的合理计算方法.     

负载下工形截面压弯钢构件焊接加固的承载性能分析

为研究初始负载对负载下焊接加固工字形压弯钢构件承载性能的影响,采用通用有限元分析软件ANSYS建立有限元模型,结合生死单元法并考虑了体壳耦合、接触及摩擦等,对不同初始负载下焊接加固的4个工字形压弯钢柱进行了模拟分析.研究了在受力过程中构件的荷载-位移关系、塑性渗透、加固后失稳破坏模式及稳定承载力,通过有限元结果与相应试验结果进行对比验证了试验中摩擦存在的影响以及有限元方法的可靠性,并进而与规范计算结果对比考察了现有设计方法.结果表明:初始负载越大,压弯构件的极限承载力和原构件边缘屈服承载力均越低,且初始几何缺陷能够影响极限承载力;现有规范方法不能反映初始负载对压弯构件承载力的影响而偏不安全.     

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.     

钢骨钢管混凝土柱与钢梁空间节点抗震性能的非线性有限元分析

目的研究钢骨方钢管混凝土柱与钢梁空间节点的抗震性能,为工程应用和进一步理论研究提供参考.方法利用大型通用有限元分析软件ABAQUS研究钢骨方钢管混凝土柱-H型钢梁空间组合节点在不同的双向位移荷载加载比例、轴压比和钢骨强度下的抗震性能,通过有限元模拟,得到不同参数时梁端的荷载-位移曲线和骨架曲线;根据得到的曲线和数据,对节点的抗震性能进行深入分析.结果某方向的梁端位移荷载固定不变,随着与其垂直方向的梁端位移荷载逐渐增大时,节点的极限承载力下降,构件耗能性能变差;轴压比为0.2~0.5时,随着柱顶轴力的增加,节点梁端承载力并没有产生明显变化;当轴压比大于0.5时,节点的承载力和延性迅速下降;随着钢骨强度的提高,节点的受力性能增强,但并不明显.结论不同参数时钢骨方钢管混凝土柱-H型钢梁的滞回曲线均比较饱满,未出现明显的捏缩现象,表明节点能够有效地吸收地震能量,可广泛应用于实际工程中.     

输电铁塔单变双拼角钢转换节点承载力研究

鉴于输电铁塔单变双角钢转换节点基础理论和设计规范的欠缺,开展单变双角钢转换节点承载力的数值仿真和设计理论研究。对工程常见构型的单变双角钢转换节点进行有限元建模及其仿真计算分析,探究该节点在受拉、受压荷载条件下的受力机理和破坏模式,以此获得转换节点各部件(上单角钢、下双拼角钢、上下靴板以及水平过渡板)匹配设计基本原则,为提出设计推荐公式提供重要依据;基于屈服线法理论提出单变双角钢转换节点整体承载力设计推荐公式,并借助"塑性分析,弹性设计"的思想对承载力的预测考虑合理的安全储备,便于工程设计;采用屈服线法设计公式和现行相关设计公式对相同构型的单变双角钢转换节点分别进行承载力计算。对比结果表明,屈服线法设计公式计算结果与有限元仿真最为接近,平均相差仅为0.82%,能较好地反映单变双角钢转换节点的整体承载力。研究成果可对现行设计规范及理论提供参考。     

圆钢管并联K型搭接节点与K型节点承载力对比分析

圆钢管并联K型搭接节点是一种用在空间结构中新型节点形式,采用ANSYS有限元软件[1、2]对圆钢管并联K型搭接节点进行了数值分析,为了简化分析,没有考虑杆件偏心（规范中指出当节点为允许范围内偏心构造时,节点的受拉弦杆及腹杆设计可以忽略此偏心）,仅考虑了材料非线性和几何非线性,考察了这种节点的破坏模式、节点的变形过程、应力和塑性区的分布规律等重要的受力性能,分析了节点承载力的主要影响参数和这些参数对极限承载力影响的关系曲线,将并联K型节点的有限元结果与平面K型节点的有限元结果和国内规范提出的K型节点设计公式进行了对比,提出了一些设计建议。     

矮塔斜拉桥抗弯极限承载力数值计算及验证

为研究多塔矮塔斜拉桥主梁的破坏形式和抗弯极限承载力,以宁江松花江特大桥为背景工程,采用ANSYS软件,分别基于Drucker-Prager屈服准则和Willam-Warnke五参数破坏准则建立两种三维实体有限元模型,分析结构从承受设计荷载至破坏荷载整个过程的受力状态并得到3种工况下的结构抗弯极限承载力,和现行桥梁规范(JTG D62—2004)方法的计算值进行了对比.结果表明:两种有限元模型的抗弯极限承载力计算值相对规范方法计算值的平均误差分别为2.7%和6.5%,最大误差分别为5.9%和8.6%,有限元分析结果与规范方法计算值吻合较好;结构在活载系数小于3时基本处于弹性状态;中跨跨中加载为该桥安全系数最小的工况,其安全系数为2.08.