钢结构连接中的撬力计算

在螺栓受拉连接设计中,撬力作用对螺栓和连接件影响不可忽视。文章借鉴美国LRFD手册中对连接件和螺栓受撬力影响的分析模型和公式,建立了高强螺栓受拉连接的简化分析模型,得出连接件厚度和高强螺栓撬力简化计算公式。通过与美国LRFD手册及欧洲钢结构协会公式值实例比较,证明公式的可行性,可供实际设计中应用。     

冷弯薄壁型钢高强螺栓连接剪力传递性能研究

文章以28个薄壁钢板高强螺栓连接件作为试验对象,研究高强螺栓连接件在不同螺栓预紧力、直径、排列方式、钢板厚度以及不同螺栓数量下的工作状况及破坏状态,分析各参数对连接件短钢板上剪力传递值的影响.研究结果表明:对于高强螺栓连接件,螺栓排列方式不是重要影响因素,其剪力传递值随着螺栓数量、螺栓直径、螺栓间距的增大而非线性增加,...     

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.     

IPSW结构竖向缝连接抗剪承载力试验及理论研究

为了验证新型全装配式钢筋混凝土剪力墙(IPSW)结构中竖向缝连接的可行性并研究其抗震性能,制作了2个竖向缝连接试件,并对其进行低周反复荷载试验.试验结果表明,翼缘墙板与腹板墙板之间的连接件(内嵌边框、高强螺栓和连接钢框)能够有效地传递二者之间的相互作用力,保证二者协同工作.然后,分别基于最大拉应力理论、平截面假定和力的平衡条件、抗剪抵抗机构和力的平衡条件,建立了开裂荷载、屈服荷载、极限抗剪承载力的计算模型,并推导了理论公式.结果表明,开裂荷载、屈服荷载以及极限抗剪承载力的试验值与理论值吻合较好.由此可见,IPSW结构的竖向缝连接方案可行,特征荷载的计算模型及计算公式合理.     

有限滑动螺栓连接装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究

介绍了一种新型装配式混凝土剪力墙结构,其预制剪力墙之间的水平接缝采用高强螺栓和T形钢框进行连接,竖向接缝采用有限滑动螺栓连接件及钢柱进行连接.对2个装配式剪力墙试件进行拟静力试验,探究了有限滑动螺栓连接件滑动距离对剪力墙破坏特征、滞回性能、承载能力、耗能能力、延性及刚度退化等抗震性能的影响.结果表明:该新型装配式剪力墙...     

栓钉剪力连接件传力机理与有效受力长度研究

为研究栓钉剪力连接件受力机理及其在不同强度混凝土中的有效受力长度,进行不同长度栓钉剪力连接件推出试验和精细化有限元参数分析。基于精细化数值模型,分析栓钉及其周围混凝土受力机理,得到栓钉周围混凝土主应力迹线,揭示混凝土力流传递路径。研究结果表明：栓钉受力分为弹性和塑性两个阶段,混凝土强度不变时,栓钉长度变化对栓钉抗剪性能影响较小。基于应力分布规律,栓钉周围混凝土分为三个受力区域,即栓帽上方受压拔区、栓帽下方受拔区和栓钉根部下方受压区。栓钉有效受力长度随混凝土抗压强度增加而减小。以直径19 mm栓钉为例,当混凝土抗压强度为20、30、40和50 MPa时,栓钉有效受力长度为4.42d(d为栓钉直径)、4.00d、3.68d和3.42d。     

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.     

钢框架-装配式混凝土抗侧力墙板结构受力性能

为研究钢框架-装配式混凝土抗侧力墙板装配式结构体系的受力性能,对4榀钢框架-预制混凝土抗侧力墙板结构足尺试件进行低周反复荷载作用下的试验研究,测试连接构造的可靠性,研究结构的破坏机理、滞回性能、延性及变形和耗能性能等.采用有限元软件ABAQUS对试验模型进行分析,并在验证有限元模型可靠性的基础上,研究抗侧力墙板与钢梁连接界面的受力性能和传力机理,考察各类连接件承担剪力和弯矩的分布情况以及分配关系.试验结果表明:该结构体系为一种典型的双重抗侧力体系,加载过程呈现出明显的两阶段性,抗侧力墙板先于钢框架破坏,为结构体系的第1道防线;型钢混凝土墙板与钢梁连接界面上的剪力由型钢与抗剪栓钉共同承担,对于钢筋混凝土墙板,剪力作用主要由抗剪栓钉承担;连接界面上的弯矩作用主要通过型钢(或锚筋)承担拉、压力和混凝土承压来平衡.     

钢锚箱连接对索塔锚固体系受力性能的影响

 为明确多节段钢锚箱式索塔锚固体系的传力机理,以杭州湾跨海大桥北通航孔桥为例,采用有限元分析软件(ANSYS11.0),研究了钢锚箱之间连接与不连接两种方式对索塔锚固体系受力性能的影响。结果显示,钢锚箱之间是否连接对锚固体系各节段以及节段内各构件承担的水平力影响较小,对各节段整体承担的竖向力无影响,而对各节段钢锚箱及塔壁承担的竖向力影响较大;钢锚箱之间是否连接对钢锚箱板件应力、混凝土塔壁应力以及栓钉剪力的分布规律具有明显影响,与钢锚箱不连接体系相比,钢锚箱连接体系各构件的应力或剪力分布更为均匀。     

体外预应力钢-混凝土组合梁非线性有限元分析

为了研究体外预应力钢—混凝土组合梁受力非线性力学性能,在已开展的预应力组合梁试验系统研究基础上,应用ABAQUS有限元程序考虑了剪力连接件界面传力机制和材料非线性及几何非线性,建立了非线性有限元模型模拟预应力钢-混凝土组合梁加载软化段的全过程加载历程.有限元分析进行了算例比较、试验结果对比,并且开展了正负弯矩区预应力钢-混凝土组合梁配筋率、预加力、剪力连接程度等参数分析.所得结果为体外预应力钢-混凝土组合梁非线性研究提供借鉴及参考.     

考虑节点域剪切变形的钢框架有限元分析

借助有限元分析软件MIDAS／Gen,将钢框架梁柱节点作为一个单独的单元,建立起了考虑节点域剪切变形钢框架结构的有限元模型．将考虑节点域剪切变形的模型与传统计算方法的计算结果进行对比,为较准确的钢框架结构分析计算提供参考．     

钢-混凝土组合沉管结构抗剪机理

以深圳至中山跨海通道沉管隧道设计方案为研究背景,建立沉管节段的精细化非线性有限元模型,进行四点反弯矩剪切试验仿真模拟.结果表明,在隧道横向,横隔钢板和混凝土分别承担斜向拉力和斜向压力,两者形成主要的受力体系;在隧道纵向,混凝土内未发现明显的横向应力分布变化;角钢连接件主要承担格室面板与混凝土间的剪力传递,拉拔作用不明显;在结构弹性状态下,各连接件抗剪刚度相近、剪力分布均匀;连接件附近混凝土开裂后逐步退出工作,但并不影响结构继续承载;剪切破坏过程表现为结构依次发生混凝土弯剪开裂、连接件处混凝土开裂、横隔钢板屈服,最终因混凝土剪切斜裂缝贯通达到结构极限承载力.     

装配式剪力墙竖向焊接节点抗剪性能

为了对装配式剪力墙结构节点干式连接方案进行研究,在已有研究成果新型预制复合墙板体系的基础上提出了采用焊接连接的装配式剪力墙干式节点方案,并通过两批共5个焊接节点试件的单调静力加载试验来考察竖向节点的抗剪性能和变形能力.试验表明,节点试件具有较好的抗剪性能和变形能力;试件破坏始于节点周围区混凝土出现裂缝,终于连接钢板和锚筋剪断致使节点试件失去承载能力.在此基础上通过ABAQUS有限元分析软件对节点试件受力过程进行了模拟,并对各种材料参数进行了详细比较和分析.通过比较可知该类节点抗剪性能和变形能力主要由连接钢板、锚筋抗剪承载力和节点周围区混凝土抗压承载力决定,纵筋、箍筋、预埋钢板等材料参数变化对节点试件影响不大.最终,得到了竖向节点焊接连接方案可用于装配式剪力墙结构节点连接之中的结论.     

栓接装配式钢-混凝土组合梁及其抗剪键的力学性能研究

为了探究摩擦型高强度螺栓在装配式钢-混凝土组合梁中的适用性,采用ABAQUS有限元软件建立了推出试件和简支梁试件的有限元模型。在试验结果验证模拟可靠性的基础上,研究了螺栓预拉力、螺栓孔径、混凝土强度和螺栓强度等因素对单个抗剪键及整体组合梁的影响。分析结果表明：抗剪键的受力过程分为摩擦、滑移、承压和破坏四个阶段;螺栓预拉力、混凝土强度的增大有利于提高摩擦型高强度螺栓的极限承载力和承压抗剪刚度,较大的混凝土孔隙显著降低了螺栓抗剪刚度;提高螺栓预紧力或提高混凝土强度均可增强钢与混凝土部件的组合作用,相反,在抗剪连接程度不变的情况下,提高螺栓等级导致界面刚度分布不均,不利于滑移控制。     

考虑多种非线性变形的RC框架单元模型

提出一种钢筋混凝土框架结构弹塑性地震反应分析的杆件单元模型 ,着重介绍节点滑移子单元和剪切子单元的柔度矩阵的建立过程 .该单元模型把框架结构构件 ,由分布弹塑性梁子单元、节点滑移子单元和剪切子单元等 3个在节点上串联的子单元组成 .这两个子单元模型能够分别考虑纵向钢筋在节点内的粘结滑移 ,构件关键受力区域的剪切变形随复杂加载历史的变化过程 .该法从子单元柔度矩阵的计算到单元刚度矩阵的建立过程 ,力学概念明确 ,大大简化多种变形成分和复杂加载历史下 ,构件单元刚度矩阵的建立过程 ,可应用于非线性地震反应分析     

钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁 不同抗剪连接方式的受弯性能

为了合理利用在装配式钢结构建筑中应用广泛的钢筋桁架楼承板,将钢筋桁架的下弦钢筋焊接于U形钢梁的上翼缘作为一种新型的抗剪连接件,设计了4根采用钢筋桁架、角钢、栓钉及其组合抗剪连接方式的简支U形钢-混凝土组合梁,并对其进行了静力试验研究和有限元分析,考察了不同抗剪连接方式对其正截面受弯性能的影响.试验结果表明:试件的破坏形态为整体弯曲破坏和端部滑移破坏;仅采用钢筋桁架作为抗剪连接件的试件不能达到完全抗剪连接,可再配置适量栓钉以提高其组合作用;采用钢筋桁架与栓钉作为组合抗剪连接方式的试件的抗剪连接性能优于采用钢筋桁架与角钢作为组合抗剪连接方式的试件.同时运用ABAQUS对试件进行了有限元分析,有限元分析的受弯承载力值与试验值吻合较好.最后在试验研究和有限元分析的基础上,基于全截面塑性理论,提出了完全抗剪连接的钢筋桁架楼承板-U形钢组合梁在正弯矩作用下的受弯承载力计算公式.     

T形钢连接梁柱节点的试验和抗剪计算方法研究

通过对4个中空夹层钢管混凝土柱-钢混凝土梁采用高强螺栓T形钢连接的组合节点的低周反复荷载试验,研究了其典型破坏形态及节点域的剪力-剪切变形骨架曲线;在此基础上,对其节点域的传力机理和抗剪性能进行了理论全过程分析,分别建立了节点域钢管腹板、钢管翼缘和夹层混凝土的剪力-剪切变形的三折线模型,并根据剪切变形协调条件对三部分曲线进行简化后叠加,由此得到整个节点域的屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,并将理论计算结果与试验数据进行对比,二者整体吻合较好.     

新型钢管混凝土节点的非线性有限元分析

提出一种新型钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的节点形式,在节点区中断外钢管,加设芯钢管,使钢筋混凝土梁中的钢筋在节点直通、节点与所连接构件的混凝土成为一体,解决梁的内力在节点传递的问题。为验证新型节点的合理性和可行性,在合理选择材料本构关系、破坏准则的基础上,采用通用有限元工具ANSYS,建立一个三维有限元模型,对芯钢管中柱节点模型的外钢管应力、芯钢管应力、混凝土应力、节点区裂缝进行了分析。结果表明,有限元分析结果与模型试验结果吻合良好,节点的承载力大于被其连接的构件的承载力,满足"强节点、弱构件"的抗震设计原则,证实了新型节点的合理性和可行性。     

组合梁钢与混凝土界面连接效应的精细化计算

为定量了解组合梁桥中钢与混凝土界面上各种连接效应的作用,提出一种能够考虑钢与混凝土界面上包括连接件效应、黏结效应和摩擦效应的计算分析方法,通过试验验证该方法是可行的.利用该方法计算分析了组合梁中不同连接效应对组合梁应力及钢与混凝土界面滑移的影响,也研究了考虑钢与混凝土界面黏结效应与否对组合梁各部分构件受力的影响,得知钢与混凝土界面黏结效应对组合梁中钢梁和混凝土的受力影响较少,但对连接件剪力影响较大,在不同荷载作用下剪力降低最大可达到25%.     

变截面波形钢腹板箱梁剪应力计算理论

在平截面假定和无相对滑移等条件下,基于弹性梁段微元给出了变宽变高波形钢腹板截面剪应力计算理论,认为剪力、弯矩和轴力均会产生剪应力,并且后两者仅仅在变截面产生剪应力.建立了有限元模型,并将传统计算理论和该计算理论与有限元计算结果进行对比,验证了该计算理论的可靠性.