自由形态单层壳体栓接节点承载力性能研究

针对自由形态（free-form）单层壳体中的栓接节点,运用ABAQUS通用有限元软件对多种工况作用下的节点承载力性能进行了计算机模拟.分析了螺栓预紧力和杆件轴向拉压应力等因素对节点刚度和承载能力的影响.理论分析和试验研究表明,栓接节点处连接截面在荷载作用下会产生明显的相对转动变形,整体结构分析时对这类连接不能按全刚接连接考虑.最后,在总结受力性能和破坏模式的基础上,给出了栓接节点的使用维护和工程设计建议.本文研究将为自由形态壳体结构中的栓接节点设计提供理论依据.     

单面受火双钢板-混凝土组合剪力墙的耐火性能试验研究

为研究双钢板-混凝土组合剪力墙结构的耐火性能,对3榀采用不同剪力件连接(螺栓连接、栓钉连接、栓钉和剪力杆组合连接)的双钢板-混凝土组合剪力墙进行了轴压力和单面ISO-834标准升温作用下的耐火性能试验,得到这种新型组合剪力墙结构在火灾下的温度场分布、轴向变形及破坏模式,并就不同剪力连接件对组合剪力墙耐火性能的影响进行了分析和比较.结果表明,剪力连接件能够保证钢板与混凝土共同工作;采用不同剪力连接件连接的组合剪力墙在火灾下的破坏模式是相同的,但不同剪力件对组合剪力墙耐火性能的影响不同,采用螺栓连接的组合剪力墙的耐火极限最短,采用栓钉和剪力杆组合连接的剪力墙耐火极限最长.     

火灾下高强钢栓焊连接节点力学性能试验研究

通过栓焊连接节点足尺试验,对比分析Q690和Q9602种强度的高强钢栓焊连接节点在常温和火灾高温下的力学性能。将试验获得的节点承载力与美国、欧洲和中国的现有规范进行对比,验证现有规范对高强钢栓焊连接节点的适用性,并提出高强钢栓焊连接节点的设计建议。最后,对比分析高强钢端板连接节点和栓焊连接节点抗火性能的异同,结果表明高强钢栓焊连接节点抗火性能相对优于高强钢端板连接节点。     

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.     

复合材料夹层结构平接节点抗弯性能试验

试验研究采用复合材料工字型连接型材的复合材料夹层结构平接胶结节点的抗弯性能,考察工字型连接型材纤维铺设、节点搭接长度等因素对连接节点的破坏模式、荷载-变形关系、连接区域应变发展规律的影响,对平接节点的破坏机制进行了分析。试验研究表明:节点出现连接型材破坏或胶层剥离破坏;复合材料连接型材纤维布的铺设与层数对连接节点的破坏模式有影响,连接型材刚度与强度满足要求时,搭接长度是确定连接节点承载力的重要因素。研究成果可供复合材料夹层结构平接节点设计参考。     

复合材料夹层结构平接节点抗弯性能试验

试验研究采用复合材料工字型连接型材的复合材料夹层结构平接胶结节点的抗弯性能,考察工字型连接型材纤维铺设、节点搭接长度等因素对连接节点的破坏模式、荷载-变形关系、连接区域应变发展规律的影响,对平接节点的破坏机制进行了分析。试验研究表明:节点出现连接型材破坏或胶层剥离破坏;复合材料连接型材纤维布的铺设与层数对连接节点的破坏模式有影响,连接型材刚度与强度满足要求时,搭接长度是确定连接节点承载力的重要因素。研究成果可供复合材料夹层结构平接节点设计参考。     

焊接复合箍筋柱蜂窝梁组合节点的拟静力试验

选取4组8个梁柱节点模型,对焊接复合箍筋柱蜂窝梁组合节点进行拟静力试验研究.分析组合节点在模拟地震作用下的破坏形态及承载力,并探讨其抗震性能.试验观测及分析结果表明,在RCS梁柱节点中,箍筋除了抗剪作用外,对约束混凝土、减少节点剪切变形和增加延性均起重要作用;采用外伸式端板连接的试件,其在柱端低周反复荷载作用下具有较好的延性和耗能能力.通过对比3种节点连接形式发现,钢梁对梁柱节点的转动性能约束越强,则钢筋混凝土柱分配到的水平地震剪力越大,核心区混凝土发生的剪切破坏也越严重.     

加槽钢做连接构件的空间半刚性梁柱节点滞回性能分析

加槽钢做连接构件的空间半刚性弱轴端板连接是一种新型的端板连接形式.为研究其抗震性能,对加槽钢做连接构件的空间半刚性梁柱节点在循环荷载作用下的受力性能进行了有限元分析,分析了其强轴节点加载屈服时,弱轴节点在循环加载作用下的受力特点、节点刚度和耗能能力.分析结果表明,加槽钢做连接构件的弱轴节点具有良好的耗能能力,强轴的加载对弱轴节点极限承载力几乎没有影响,但对弱轴节点的滞回性能具有一定的影响.并根据有限元分析结果,修正了加槽钢做连接构件的弱轴节点的曲线形滞回模型的表达式,可为实际工程提供参考.     

带端板加劲肋的外伸端板连接的梁柱节点试验

为了讨论加劲肋对连接性能的影响,对带端板加劲肋的外伸端板连接的梁柱节点进行了循环荷载作用下试验研究.分析了端板、端板加劲肋、梁柱翼缘和腹板在荷载作用下的应力情况,确定了这种连接的受力性能及破坏模式,分析此类连接的滞回曲线、连接初始刚度、承载能力和延性特征.试验结果表明,加劲肋是提高节点性能的一项有效措施.     

预制压型钢板混凝土组合板和钢梁连接及其有限元分析

为了满足预制组合板和钢梁连接节点的承载和变形要求，提出了一种新型的压型钢板混凝土组合板和钢梁整体预制的法兰板-螺栓连接节点.使用ABAQUS分别建立了现浇、预制节点模型，对比了两者在同等条件下的受力性能，并分析了栓钉数、组合板的厚度和长度、螺栓数和法兰板厚度对预制节点模型受力性能的影响.结果表明:预制节点的受力性能与现浇节点相似，设计预制节点时应采用96个栓钉、8个螺栓，以及200mm厚、5.1~6.6m长的组合板及10mm厚的法兰板.     

单层倒悬链型柱面网壳的非线性稳定性研究

针对拱准线形式为悬链线的单层倒悬链型柱面网壳结构,首先对比分析了其常见的3种网格形式的稳定性能,确定了一种合理的网格布置形式,然后与单层圆柱面网壳的稳定性作了比较,最后进行了大规模的参数分析,较全面系统地研究了单层倒悬链型柱面网壳的静力稳定性,包括长宽比、矢宽比、杆件截面尺寸、初始几何缺陷和荷载不对称分布各参数对结构极限荷载的影响.研究表明:常见网格形式的单层倒悬链型柱面网壳,以斜杆I型的整体稳定性能最好,且相比单层圆柱面网壳,其刚度和极限承载力都得到了较大的提高;长宽比、矢宽比对单层倒悬链型柱面网壳极限承载力影响显著并具有良好的规律性,结构横向加劲肋间距应小于横向宽度;网壳极限承载力与截面等效刚度呈线性关系;初始几何缺陷对结构影响较显著,当缺陷达到波宽的1/300时,网壳极限荷载最大降低达57%;结构对不对称荷载作用不敏感.     

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.     

铝合金构件高强螺栓牙板连接性能试验

主要对铝合金构件采用高强螺栓牙板连接进行初步试探性的理论分析和试验研究.分析结果表明:连接承载力与螺栓预压力、板件厚度、牙纹规格等因素有关,并初步得出了承载力的计算公式.进行了4组铝合金构件高强螺栓牙板连接的抗剪承载力试验,试验结果表明:高强螺栓牙板连接具有变形小、承载力高等特点,而且较普通的摩擦型高强螺栓连接承载力有明显提高,主要是因为"牙板"增大了受力方向的抗滑移系数.     

梁柱螺栓连接中接触摩擦机理及有限元分析

研究了钢框架梁柱螺栓连接中的接触摩擦机理以及在节点非线性有限元计算中的应用.采用ANSYS有限元软件,在分析接触摩擦机理的基础上,研究了钢框架梁柱螺栓连接的接触摩擦理论,给出了接触对单元和刚度方程、接触算法和接触摩擦模型,试验结果验证了理论计算的合理性.通过一个算例说明了接触摩擦理论在螺栓连接中的应用.有限元方法是解决梁柱螺栓连接摩擦接触问题的一种有效方法;基于ANSYS软件,采用本方法可很好解决螺栓节点非线性有限元分析中的摩擦接触问题.     

螺栓排数和自攻螺钉对木梁柱节点

通过4组梁柱节点在单调和往复加载下的抗侧力试验,得到了各组节点的破坏模式、弯矩-转角曲线、滞回曲线、强度、刚度、延性及耗能性能,研究了不同螺栓排数和自攻螺钉加强对节点抗侧力性能的影响.结果表明,普通节点中裂缝出现早,开展迅速;增加螺栓排数可提高节点的强度和延性,其中强度提高更明显;自攻螺钉加强可明显减轻和延缓木材的开裂,提升节点的延性和抗震性能.     

施威德勒网壳结构的动力强度破坏

对40 m跨的施威德勒理想网壳结构和考虑初始缺陷的网壳结构进行了全过程动力时程分析,考察了此类型网壳结构的动力性能和破坏形式.对具有初始缺陷的网壳结构进行了参数影响分析,分别考察了地震作用、杆件截面和屋面荷载三种因素对结构动力性能的影响,研究了在不同条件下施威德勒网壳结构的动力失效机理和破坏模式.将研究结果与其他球面网壳结构进行了比较,验证了已提出的理论框架的合理性和实用性.     

预应力方套管连接胶合木梁柱节点抗弯试验

提出在胶合木结构中采用预应力方套管螺栓连接,该连接采用高强螺栓和钢套管作为连接件.通过单调加载和往复加载下的梁柱节点抗弯试验,对比了方套管节点和传统螺栓群连接节点的破坏模式、弯矩-转角曲线、滞回曲线、强度、刚度和耗能性能.结果表明,由于摩擦阶段钢管与钢板间的摩擦力确保了初始传力,套管节点的初始转动刚度显著提升,耗能能力也得到改善.     

考虑损伤累积效应的单层球面网壳动力稳定

为了揭示强震下单层网壳结构的动力失效机理,从考虑材料损伤累积效应的角度出发,基于塑性应变和能量损耗理论建立应变-损伤弹塑性本构关系,提出将B-R运动准则和杆件塑性应变能密度曲线结合起来,作为结构动力失稳的判断标准.应用动态增量(IDA)法,对一Kiewitt-8型单层球面网壳结构进行地震作用下动力稳定分析,得出考虑材料损伤累积效应将显著降低结构的动力稳定临界荷载等结论,为该类结构震后修复和抗震性能的评估提供依据.     

半刚性连接梁柱式木结构抗侧力性能研究

考虑木结构节点的半刚性特性,推导了半刚性框架在侧向力作用下的刚度计算公式,讨论了节点半刚性对框架内力分配的影响.对3榀单层单跨梁柱式木框架足尺试件进行了水平荷载试验,其中1榀为单调加载,2榀为低周反复加载;对5个采用相同设计的梁柱节点足尺试件进行了抗弯性能试验,其中3个为单调加载,2个为低周反复加载.根据试验现象研究了螺栓连接木结构梁柱框架的抗侧力性能、梁柱节点的抗弯性能以及两者的传力机理和破坏模式.最后,基于获得的试验数据对推导的理论公式进行了验证.     

基于Iwan模型的螺栓非线性接触建模与参数辨识

针对传统螺栓连接模型计算精度不高和螺栓结构动力学模型参数辨识问题,通过引入六参数Iwan模型,研究了螺栓连接力-位移关系方程,绘制Iwan模型非线性力-位移关系曲线。采用万能试验机拉伸实验与振动实验平台激振试验结合,识别构建的模型参数,实现模型构建。实验结果表明,随着螺栓直径的增加,宏观滑移残余刚度会随之增加,模型能量耗散减小。研究结果可为螺栓结构设计分析与计算提供参考。