750kV钢管混凝土变电构架相贯节点SCF试验研究

以国内首例750kV钢管混凝土变电构架工程为背景,对3个采用不同加强方式(即瓦形板、套管和腋板加强)和一个作为对比的无加强钢管混凝土Y型节点在平面内弯矩作用下的应力集中系数(SCF)进行了试验研究.结果表明:相比无加强节点,本文采用的3种加强方式均能显著降低节点的SCF值;通过2种外推方法的对比表明,主管的SCF可以采用线性外推法,而支管SCF需采用二次外推法;增大主管轴压比将显著降低节点的SCF值,使SCF值分布更为均匀.将试验SCF结果与现有规范的计算公式对比表明,现有规范计算结果与支管的SCF试验结果吻合较好,而对主管的SCF明显均偏于保守.     

主方支圆钢管轻骨料混凝土K型节点承载力

为研究主方支圆高强钢管轻骨料混凝土有间隙K型节点的承载力,对支管间设置加劲板的节点和基本型节点进行了主管轴压静力加载试验,考察了加劲板和支主管偏心距对节点破坏模式和承载力等受力性能的影响.试验结果表明:与受拉支管相连的主管鼓起、支主管焊缝开裂、支管根部屈曲、加劲板焊缝开裂和加劲板屈曲是该类节点的典型破坏模式;受压支管和主管受压区内轻骨料混凝土未发生明显破坏,受拉支管和主管受拉区内轻骨料混凝土发生轻微破碎;加劲节点的屈服承载力和极限承载力较基本型节点分别提高43.4%～69.6%和25.9%～43.1%.基于有间隙K型节点试验破坏模式,推导了考虑加劲板应力传递效应和轻骨料混凝土约束效应的与受拉支管相连的主管凸曲承载力计算式和支主管焊缝开裂承载力计算式.     

方钢管轻骨料混凝土加劲TY型节点承载力研究

对方钢管轻骨料混凝土加劲T型节点和基本型节点进行了支管轴压试验,考察了加劲板和支主管截面宽度比对节点破坏模式、承载力等受力性能的影响.试验结果显示:节点的典型破坏模式有主管弯曲、主管上翼缘凹陷、主管腹板凸曲、支主管焊缝开裂、支管侧倾、加劲板屈曲和加劲板焊缝开裂等;加劲节点的承载力取决于包含加劲板应力扩散效应和轻骨料混凝土约束效应的方主管抗压弯强度和支主管焊缝承载强度,加劲节点的极限承载力较基本型节点提高15.0%～48.3%.建立了TY型节点方主管抗压弯计算模型和支主管焊缝开裂计算模型,推导了考虑加劲板应力扩散效应和轻骨料混凝土约束效应的加劲TY型节点方主管压弯承载力计算式和支主管焊缝开裂承载力计算式,验证了加劲TY型节点承载力计算式的精度.     

主管管壁加厚的T型圆钢管节点抗火性能有限元研究

分别对未加固T型圆钢管节点和主管管壁加厚的T型圆钢管节点在高温恒载作用下的抗火性能进行了有限元分析.通过试验结果验证了有限元模型的有效性,并在此基础上建立了瞬态分析模型.分析时,升温曲线及热力学参数均按照欧洲规范(Eurocode 3)的规定选用;采用间接热力耦合的方法;忽略高温蠕变的影响.考虑了荷载比及主管管壁加厚程度对主管变形、主管端部轴向反力的影响;对比了不同荷载比下临界时间和临界温度;得到了不同情况下模型的失效模式.分析发现管壁加厚能有效提高T型圆钢管节点的耐火性能,并且在加固节点中,当管壁厚度和荷载比均较大时,失效模式由节点失效变为构件失效.     

圆钢管混凝土T型节点在轴向作用力下静力性能研究

T型圆管节点在支管轴向力作用下,破坏位置一般出现在主管表面的焊趾处.主要是因为主管的径向刚度远小于支管的轴向刚度,并且节点部位存在较大的应力集中.为提高T型管节点的静力强度,可通过在主管中填充混凝土以提高其径向刚度来实现.为了研究主管填充混凝土对T型管节点静力强度的影响,用有限元分析软件(ABAQUS)首先对6个模型分...     

圆钢管混凝土K型焊接管板节点试验研究和有限元分析

以组成K型焊接管板节点的塔柱径厚比γ、腹杆与塔柱管径比β和壁厚比τ,节点板厚度与腹杆壁厚比t_g/t_i为参数,对4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点和1个空心圆钢管K型焊接管板节点进行试验,研究该类型节点的破坏模式、承载能力以及节点区的受力特点,并采用有限元方法分析各参数对圆钢管混凝土K型焊接管板节点受力性能的影响规律。研究结果表明:随着所取参数的变化,圆钢管混凝土K型焊接管板节点存在腹杆失效和节点板失效2种破坏模式;而空心圆钢管K型焊接管板节点的破坏模式为塔柱管壁过度塑性变形失效。说明钢管中混凝土的填充改变了节点的受力特点和破坏模式,有利于材料承载能力的充分发挥。节点板厚度与腹杆壁厚比t_g/t_i是影响圆钢管混凝土K型焊接管板节点破坏模式和极限承载力的关键因素。在实际工程中,为避免出现节点失效,t_g/t_i的取值宜大于2。     

钢管混凝土T型节点在平面内弯曲荷载作用下的静力强度研究

利用有限元软件ABAQUS分别对空心截面T型管节点和主管中填充混凝土T型管节点在支管端部平面内弯曲荷载作用下的静力强度进行了研究.有限元模型的可靠性通过已有文献中的圆钢管混凝土N型管节点的试验结果进行了验证.利用有限元模型分别对3个主管中未填混凝土和3个主管中填充混凝土的T型管节点的静力强度进行分析.结果表明,主管中填充混凝土能显著的提高管节点的抗弯承载力.在此基础上,对钢管混凝土T型节点进行参数分析,参数包括支主管直径比β,主管直径与2倍主管壁厚比γ,支主管壁厚比τ,钢材屈服强度fy和混凝土的抗压强度fc.分析表明,参数β,γ,τ和fy对T型节点抗弯承载力有显著影响,而混凝土的抗压强度fc对节点的承载力影响不大.     

K型管节点焊接残余应力及其对应力集中系数的影响

采用有限元软件ANSYS,以K型管节点为研究对象,利用生死单元技术,模拟焊接过程和退火处理过程,研究管节点的焊接残余应力,得到焊接温度场和应力场的分布。分别对考虑焊接残余应力与不考虑焊接残余应力而只考虑焊缝对结构影响的管节点模型施加轴向载荷,计算这两种模型的热点应力集中系数,得到焊接残余应力对管节点应力集中系数的影响。结果表明:对焊接管节点进行退火处理可以显著降低焊接残余应力,降低发生变形和断裂失效的风险,大幅度提高管节点的安全性能;管节点结构中热点位置及热点应力集中系数与尺寸参数、载荷类型、加载方式、焊缝结构等有关。     

支管轴压下高强钢圆管X形节点的承载力计算公式

研究了支管受压的Q460、Q690、Q960高强钢圆管X形节点的静力性能。采用经试验数据验证的有限元模型进行节点有限元参数分析，研究高强钢牌号、支管与主管外径之比（β）、主管外径与其管壁厚度之比（2γ）、主管轴向应力比（n）对节点性能的影响；与有限元参数分析和文献中试验结果对比，评价我国钢结构设计标准计算公式的适用性。结果表明，节点发生主管塑性破坏，节点承载力多由主管局部变形限值（3%主管外径）确定；多数情况下钢结构设计标准计算公式高估了高强钢圆管X形节点的承载力；主管受到压力或较大拉力时均会降低节点承载力。最后，针对不同钢材牌号的圆管X形节点给出了建议的2γ范围。基于主管塑性破坏，提出了考虑高强钢屈服强度、主管拉压效应的圆管X形节点承载力计算公式。     

矩形钢管混凝土T、Y型节点受压性能试验

为研究矩形钢管混凝土T、Y型节点受力性能,进行了7个矩形钢管混凝土T、Y型节点和1个矩形钢管Y型节点的受压试验,对节点的破坏模式及支主管宽度比β、内填混凝土对节点受压性能的影响进行了分析.试验结果表明:主管内填混凝土对矩形钢管混凝土T、Y型节点受压性能的影响明显,主管内填混凝土后,主管侧壁局部鼓曲这一破坏模式得到了避免,随支主管宽度比的减小,节点区域局部变形越明显,节点刚度越小;矩形钢管混凝土T、Y型受压节点承载力根据相应的破坏模式进行计算,当弦杆长度很短、支主管宽度比很小时,采用局部承压破坏模式进行计算;当弦杆长度较长时,往往发生弦杆弯曲破坏.     

T形焊接方管内加劲节点轴向力下的承载力

简述了国内外桁架节点加强的研究现状;对主管为焊接方管、支管为圆管的T形内部加劲节点在轴向力作用下的承载力,进行了较为系统的有限元数值分析;采用板壳单元,比较研究了多种参数下节点的极限承载力;通过试验与有限元的对比研究,为数值计算参数的选择提供了可靠的依据.相对于非加强节点,加劲节点具有更强的承载力.在大量节点数值计算基础上,对加劲板的内部布置、几何尺寸、承载力的提高等方面进行了系统分析,为此类节点型式在工程中的应用提供了设计参考.     

用热点应力评定双相不锈钢焊接接头疲劳强度

针对双相不锈钢焊接结构的疲劳性能问题，通过试验对双相不锈钢纵向角接板焊接接头和侧面角接板焊接接头疲劳强度用热点应力进行了评定，做出了热点应力S-N曲线并与名义应力疲劳评定进行了比较．说明符合本试验型式及尺寸的这两种焊接接头用名义应力评定时疲劳数据分散性很大，试验疲劳级别分别为FAT136和FAT102；用热点应力评定时疲劳数据分散性明显减小，其疲劳强度可以用一条S-N曲线表示，试验疲劳级别为FAT162。     

搭接节点圆钢管桁架结构轴力计算模型

以平面K型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,通过对试验桁架建立铰接、半铰接和刚接杆系有限元模型,计算受外荷载作用下试验桁架各杆件的轴力.有限元计算结果和试验数据对比分析可知,节点试件腹杆和弦杆轴力的试验平均值更接近半铰接模型的计算结果.进一步弹塑性分析表明,在一定的几何参数条件下,搭接节点腹杆轴力可以根据半铰接模型得到的腹杆内力比例和实际加载量确定.建议在后续的搭接节点试验中,可将非节点区域的腹杆壁厚加大,以便通过弹性方法直接反算杆件轴力.     

Analysis of structural hot spot stress in orthotropic plates

On the basis of the actual steel deck structure of Taizhou Bridge, this paper carries out hot-spot stress analysis on some key spots by using the finite element model which simulates local structure of orthotropic steel bridge decks. A finite element model is established for local structure of orthotropic steel bridge decks, and in the analysis of linear elasticity of the structure, face load is employed to simulate the loads from vehicle wheels. Analysis results show that main stresses are relatively heavy at the joints between diaphragm plates, top plates and U-shaped ribs and the joints between diaphragm plates and U-shaped ribs. These joints shall be regarded as key points for hot-spot stress analysis. Different mesh densities are adopted in the finite element model and the main stresses at different hot spots are contrasted and linear extrapolation is carried out using extrapolation formulae. Results show that different mesh densities have different influences on the hot-spot stresses at the welded seams of U-shaped ribs. These influences shall be considered in calculation and analysis.     

基于盲孔法的网架焊接空心球节点球面焊趾处残余应力的测试

基于盲孔法对3种规格的焊接空心球节点球面焊趾处焊接残余应力进行了试验测量,根据常规模型和Kirsch理论解对比计算了本次试验选取的应变片的应变释放系数。依据Scara-Mangas经验公式对计算得到的球面径向、环向焊接残余应力进行塑性修正,最终得出球面焊接残余应力分布图。探讨了焊接残余应力对工程领域中节点疲劳的影响。     

一种矩形空心工字钢

介绍了一种矩形空心工字钢,该空心工字钢由板(或带卷)经冷弯成型机组在室温下冷弯成型成两块近似M形型钢后再焊接在一起而制造,与热轧H型钢相比较,在单重相同的情况下,WXG可提高5 56%-45 96%,WYG可提高51 01%-105 46%;在截面系数相同的情况下,可节约材料1 1%-18 42%。分析表明该矩形空心工字钢具有优良的截面性能。     

内置垫板加强T型管节点在平面内弯曲荷载作用下的静力强度研究

利用有限元分析软件ABAQUS对平面内弯曲荷载作用下内置垫板加强T型圆钢管节点的静力强度进行研究.有限元模型的有效性和准确性用T型圆钢管节点的实验结果验证通过之后,运用欧洲规范中提出的在平面内弯曲荷载作用下未加固T型圆钢管节点的承载力计算公式计算了20个未加固的T型圆钢管节点的静力强度,并运用提出的有限元模型计算了相应的320个涵盖不同节点几何参数和垫板几何参数的内置垫板加强的T型圆钢管节点模型的静力强度,对比加固与未加固节点的静力强度,详细分析了垫板几何参数对静力强度的影响和失效模式,结果表明垫板长度参数的改变对加固后的T型圆钢管节点的静力强度的影响不大,垫板厚度参数对静力强度的提高大致成线性影响.     

网架焊接空心球节点残余应力实测及数值模拟

为了研究焊接空心球节点中管球连接焊趾处残余应力的分布规律和数值大小,采用盲孔法对球面焊趾和管面焊趾处的焊接残余应力进行测定。得到焊接残余应力数值大小和分布规律。并采用Visual-Environment有限元模拟软件得到焊缝处温度场和残余应力场,以及残余应力分布曲线。结果表明:焊接残余应力在整个焊接空心球节点上呈周期性、随机性的特点,两者规律性吻合良好。同时,由有限元分析结果可知球面及管上均存在残余拉应力及残余压应力,并且在整个试件上焊接残余应力处于自平衡状态。研究结果将为后续研究焊接空心球节点网架结构的疲劳性能奠定基础。     

复合管焊接接头整管段应力腐蚀试验方法研究

西南某高酸性气田拟采用双金属复合管作为内腐蚀控制手段,为了评估复合管焊接接头的耐腐蚀性能,根据其结构特点,建立整管段试件有限元力学模型,并通过加载应力应变测试试验验证了有限元模型的准确性,确定出焊缝合理的应力槽形式和试验总压。采用自主研制的双金属复合管整管段的腐蚀评价装置和方法,开展了X52/825冶金复合管焊接接头在苛刻应力状态和腐蚀工况下的耐蚀性能评价,结果表明,X52/825冶金复合管焊接接头在模拟工况下,经720 h腐蚀实验后,均未出现破裂或刺漏,100%射线探伤检验结果显示X52/825冶金复合管焊接接头无开裂性裂纹,具有良好的耐蚀性能。研究结果为酸性气田复合管的性能评估和安全使用提供了技术借鉴。     

车辆点焊结构的非线性力学特性

在点焊接头组织、结构特性分析的基础上,采用局部应力分析方法,研究了点焊搭接结构在拉伸剪切状态下焊点处的非线性力学特性,建立了弹塑性条件下的非线性有限元模型．研究结果表明：应力在焊点上的分布是不均匀的,且存在较明显的应力集中现象。应力集中主要出现在焊点与板的结合面处。与正应力相比,剪应力在边缘部位的应力集中现象更为明显,因此,剪应力应作为车辆点焊结构安全评价的主要判据。