端板连接普通螺栓群中和轴位置研究

以螺栓群偏心距和端板厚度为研究参数,对梁柱节点中端板连接在偏心拉力作用下（A组）和纯弯矩作用下（B组）的螺栓群进行了受拉性能试验研究。通过对破坏模式、螺栓群受力分布和中和轴偏移率的分析,研究了端板连接普通螺栓群中和轴位置变化的情况;对两组试验开展有限元分析,从荷载-位移曲线和节点抗拉性能两方面进行研究。结果表明：随着荷载逐渐增大,螺栓群中和轴不断向受压区移动;增大螺栓群偏心距可使螺栓力增大,且加快中和轴向受压区偏移;增加端板厚度能够减小螺栓力,并延缓中和轴向受压区偏移;现行偏心受拉和纯弯矩作用下普通螺栓端板连接的计算方法（或公式）较为保守,与试验结果相差较大。给出的端板连接螺栓力修正公式的计算结果与试验结果吻合良好。在保证结构安全的前提下,该修正公式计算结果更接近螺栓端板的实际受力状态,从而达到减小节点钢材用量和降低成本的目的。     

柔性法兰节点轴拉承载力试验及盘面变形计算

柔性法兰是一种构造简单、盘面平整的钢管连接节点形式,通过内、外两道环向角焊缝传力。研究了柔性法兰节点轴心受拉承载力特性,以法兰盘厚度为参数,开展柔性法兰轴拉承载力试验研究,考察了柔性法兰盘面变形特点及节点应变发展规律,发现增大法兰盘厚度可使柔性法兰轴拉屈服承载力提高约15%。建立柔性法兰的非线性有限元模型,分析了轴拉作用下柔性法兰的变形特性及法兰盘和内、外角焊缝的应力分布及发展情况。分析结果表明:法兰盘根部内缘张开,外缘顶紧,盘面中部应力最大,与试验结果吻合良好。最后,提出轴心受拉柔性法兰盘面变形计算方法,建议法兰盘根部变形修正系数取1.4,提出的盘面变形计算公式可供柔性法兰设计时参考。     

圆钢管刚性异形法兰轴拉承载力特性分析及设计方法

钢管塔结构构件普遍采用圆形法兰连接,大型杆塔的交叉材、斜材与主管相贯连接,支管采用与其垂直的圆形法兰连接接长;该连接法兰在一定程度上增大了节点域尺寸,可能造成节点过大给镀锌及运输带来困难。为此,研究开发一种法兰盘面平行于主管轴线的新型异形法兰。该法兰盘面形状为椭圆形,以法兰盘面与支管夹角为参数,开展轴拉荷载作用下刚性异形法兰承载力特性的非线性模拟,考察其轴拉荷载-变形特性及连接螺栓的受力特点。新型异形法兰轴拉承载力与圆形法兰基本具有相似的特性,但在轴拉荷载增大过程中,由于法兰盘面滑移导致连接节点轴向位移突然增大,荷载-变形关系继续线性增大并进入弹塑性阶段;滑移荷载与夹角和预紧力大小有关。连接螺栓受拉剪共同作用而发生弯曲,其应力最大位置位于两侧法兰板接触面。最后,提出异形刚性法兰的设计方法,包括法兰板、加劲肋及连接螺栓的强度设计理论。     

中空夹层圆钢管混凝土构件内外法兰连接 受弯性能分析

为研究中空夹层圆钢管混凝土内外法兰连接的受弯性能,用ABAQUS软件建立了该节点的力学模型,分析了中空夹层圆钢管混凝土内外法兰节点受弯时节点中和轴和旋转轴的位置,并分析了内外法兰错开间距、螺栓预紧力、空心率、法兰板厚度、混凝土强度、螺栓内外边距比值等参数对节点极限承载力、最大螺栓拉力的影响。结果表明:节点的中和轴和旋转轴随弯矩变化,在外法兰板底端最大螺栓屈服前,旋转轴位置大约为0.6R(R为外钢管半径),并且节点的中和轴和旋转轴不在同一截面; 外圈最大螺栓拉力随法兰板厚度、内外法兰错开间距、螺栓内外边距比值增大而减小,随空心率、螺栓预紧力增大而增大; 混凝土强度对最大螺栓拉力影响不大,可以不作为主要参数进行分析。     

装配式方钢管法兰连接节点受力性能研究

法兰连接是装配式多高层钢结构中箱型柱全螺栓拼接的一种新方法,为研究箱型柱与柱法兰连接在拉力、弯矩、剪力组合作用下的受力性能,运用有限元分析软件ABAQUS对具有不同法兰厚度、螺栓边距、螺栓孔直径的11个法兰节点柱进行了分析。有限元分析表明:法兰厚度是法兰连接承载力、刚度、撬力大小的主要影响因素,螺栓边距会影响螺栓撬力的大小,螺栓孔径对法兰连接节点的力学性能没有影响。     

轴向拉力作用下圆钢管法兰连接节点承载性能的试验研究

以法兰板形状(圆板、环板)、法兰板厚度、螺栓至管壁距离、螺栓个数及强度等级、螺栓有无预拉力等为参数,针对圆钢管有、无加劲肋法兰连接,共进行了13个法兰连接节点轴向拉伸试验,得到了节点破坏形式及承载力。研究表明:法兰连接节点承载力与法兰板厚度、螺栓边距、螺栓个数及强度等级、法兰板形状等有关,预拉力对节点承载力影响较小。     

装配式方钢管柱座节点竖向受力性能影响因素分析

基于装配式建筑采用的方钢管钢柱与板块连接节点即柱座节点的重要性,利用有限元分析软件ABAQUS建立该节点的数值模型,分析法兰板厚度、螺栓孔直径大小、高强螺栓预紧力和高强螺栓型号4个影响因素对柱座节点竖向荷载-位移曲线、钢柱法兰板螺栓孔壁应力、钢梁法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量的影响。由分析可知:法兰板厚度对柱座节点的竖向受力性能影响较大;螺栓孔直径大小对柱座节点的极限位移、延性系数和钢柱法兰板螺栓孔壁应力影响较大;高强螺栓预紧力对钢柱法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量影响较大;高强螺栓型号对柱座节点的屈服位移、屈服承载力、极限位移、延性系数、钢柱法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量均有较大的影响。     

钢管柔性法兰轴拉承载力试验及内外角焊缝受力特性分析

柔性法兰通过内外两条环向角焊缝与钢管连接。相关技术规范规定了轴拉、偏拉下柔性法兰的承载力计算公式,但未考虑到柔性法兰角焊缝受力的复杂性。开展柔性法兰的轴拉承载力试验研究和相应试件的有限元模拟,考察柔性法兰的轴拉承载力特性,重点研究柔性法兰内外环向角焊缝的受力机理及轴力分担比例。研究表明,轴拉力作用下外焊缝与主管连接处存在较大应力集中;外焊缝为柔性法兰的主要传力焊缝,而内焊缝在传力的同时有效保证了法兰节点的安全稳定;轴拉受力时外焊缝与内焊缝应力比在2.0以上,设计及加工时应特别注意外焊缝的计算及焊接质量,而内焊缝焊脚尺寸可以是外焊缝焊脚尺寸的60%～100%,该研究成果可为柔性法兰及其焊缝设计加工提供参考。     

超大承载力端板连接节点试验研究

在大跨或重载钢结构中,当梁柱之间需要采用螺栓连接时,如果普通构造的端板连接节点和大承载力端板连接节点不能满足承载力要求,则需要采用受拉区布置12颗或16颗螺栓的超大承载力端板连接节点。为研究该类型节点受力性能,进行4个超大承载力端板连接节点足尺试件的单调加载试验,得到各节点试件的弯矩-转角曲线,分析不同螺栓直径、端板厚度和螺栓布置形式下各节点的抗弯承载力、转动刚度和受拉区螺栓拉应变增量分布的特点。结果表明,在试验试件构造条件下超大承载力端板连接节点的弯曲失效模式为端板屈服后螺栓失效,端板厚度对节点承载力影响明显;各螺栓的拉应变增量分布不均匀,角部螺栓对节点抗弯承载力影响较小,建议在设计中移除或仅按抗剪螺栓考虑;建议节点域屈服承载力仍按照现行规范计算,该类节点的等效受拉螺栓数量取为7。     

输电线路钢管塔底法兰受力特性及连接刚度分析

输电线路钢管塔中钢管在底法兰连接处存在刚度削弱现象,而现行相关规范底法兰节点的设计基于强度理论,并未考虑节点的连接刚度。通过25组刚性底法兰的轴拉受力分析,研究底法兰的受力特性和连接刚度,考查底法兰板厚度、内外边距、加劲肋厚度和高度以及螺栓规格和数量对底法兰受力特性和连接刚度的影响规律。研究结果表明:在一定范围内,增加法兰板厚、内边距、加劲肋厚度和高度可以有效地提高底法兰的抗弯刚度;超出此范围,法兰板厚的变化对抗弯刚度影响不大;低于此范围时,法兰板厚的减小会较大程度地降低其抗弯刚度;外边距对抗弯刚度的影响较小。     

碳纤维增强胶合木钢填板螺栓连接节点横纹受力性能研究

胶合木钢填板螺栓连接节点横纹受力会出现脆性破坏的现象。为研究碳纤维(CFRP)增强对胶合木钢填板螺栓连接节点的横纹受力破坏模式、承载能力和变形能力的影响,考虑CFRP铺设位置和层数,开展销槽承压强度试验,再以螺栓边距、中距、数目、排列方式和CFRP增强方式为参数,开展节点的横纹受拉试验和有限元分析。结果表明：双面或四面粘贴2层或4层CFRP布,销槽承压强度最大可提高171%,离散系数最大可降低84%;CFRP增强节点的破坏模式由脆性破坏转变为延性破坏,极限载荷最大可提高181%,位移延性系数最大可提高625%;增强后螺栓横纹边距和中距可适当减小。基于试验结果及相关规范,给出CFRP增强横纹销槽承压强度和CFRP增强胶合木钢填板螺栓连接节点的横纹受拉承载力表达式,可为工程设计提供参考。     

拉-弯-剪组合作用下法兰连接方钢管柱受力性能研究

为研究多高层钢结构柱连接在拉-弯-剪组合作用下的受力性能,对4个不同法兰板厚度的法兰连接柱进行了足尺模型试验和有限元分析,并通过有限元模型分析了轴拉比对法兰连接柱性能的影响。结果表明：随着法兰板厚度增大,连接柱的侧向刚度和水平承载力增大,受拉区法兰接触面翘力减小;在拉-弯-剪组合作用下,法兰中性轴位置在受压侧第二排螺栓附近,且随着法兰板厚度的增大,中性轴位置由法兰受压区逐渐向其几何中心移动。轴向拉力对法兰产生的作用效应与水平荷载产生的作用同向。轴向拉力降低了法兰连接柱的水平屈服荷载,法兰转角随着轴拉比的增大而增大。     

考虑撬力作用影响的法兰连接节点抗弯承载性能参数分析

法兰连接节点在弯矩作用下将产生撬力作用。为得到撬力作用的关键影响参数,针对法兰连接节点的4种基本形式,利用有限元分析软件ANSYS,对法兰连接节点抗弯承载性能进行分析,着重考虑影响节点受拉区域撬力作用的各种因素。分析发现,法兰盘厚度、法兰盘内外径之比、管径与螺栓内边距之比等参数的变化对撬力作用影响较大,为撬力作用的控制...     

500kV吴淞口大跨越塔柔性法兰原型试验研究

通过 5 0 0kV吴淞口大跨越塔柔性法兰原型试验 ,较为系统地研究了柔性法兰的受力过程、破坏形态、承载力和变形等 ,重点研究了法兰板厚度、螺栓外边距以及螺栓直径等对法兰板和焊缝受力性能的影响。研究表明 ,柔性法兰具有良好的受力性能 ,在 5 0 0kV吴淞口大跨越塔工程中应用柔性法兰是安全可靠的     

不同螺栓连接内外双圈法兰的轴拉承载力研究

随着电网建设的快速推进,输电塔结构日益大型化,对节点的安全可靠性提出了更高的要求。钢管外圈螺栓连接的常规刚性法兰连接形式难以满足高度高、荷载大的大跨越钢管塔的承载力要求,因此提出一种新型内外双圈螺栓法兰节点来克服传统刚性法兰存在的缺陷。以某大跨越塔为背景,设计配置螺栓强度等级不同的内外双圈法兰缩尺试件,并开展轴拉承载力对比试验,重点探讨外内圈螺栓荷载分担比例以及螺栓强度等级对其的影响。同时,进行内外双圈法兰轴拉承载力特性的非线性有限元模拟,考察内外双圈法兰的承载力特性。试验及有限元分析结果表明:内外圈螺栓的拉力分配合理,内外双圈法兰连接形式安全可靠;提高螺栓强度等级可有效减缓上下法兰板间张开量的发展趋势;当配置内外不同强度等级的螺栓时,外内圈螺栓轴拉力的比值随着荷载的增大而增大。     

750kV变电构架钢管混凝土法兰节点拉弯性能研究

以国内首例750kV钢管混凝土变电构架工程——甘肃桥湾750kV变电站为背景,进行了4个钢管混凝土法兰节点试件在拉弯荷载作用下的单调静力试验研究。此外,基于ABAQUS 6.12有限元软件,对该钢管混凝土法兰节点的有限元建模方法进行了阐述,并通过有限元数值分析结果与试验结果的对比,验证了建模方法的可靠性。在通过试验验证的基础上,对法兰板厚度、加劲肋高度以及螺栓边距进行了参数分析。结果表明:法兰板厚度、加劲肋高度对节点刚度、承载力和破坏形态等受力性能有较为明显的影响;螺栓边距由约1.7倍螺栓直径增加到约3.3倍螺栓直径时,节点的初始刚度略有降低(约7%),而承载力变化不大。     

钢管杆方形法兰受弯性能试验研究与有限元分析

为研究双杆输电钢管杆中方形刚性法兰的受力性能,对2组6个方形刚性法兰试件进行了静力加载试验,并对方形法兰节点进行了非线性有限元分析。对法兰板、肋板及螺栓的受力分析结果表明,试验结果与有限元分析结果具有较好的一致性。参考现行规范中圆形刚性法兰的设计方法,设计方形刚性法兰的法兰板和肋板是安全的,但计算方形法兰节点的螺栓受力则偏于不安全,螺栓实际受力为拉弯应力状态。法兰板刚度不均匀会导致个别螺栓受力过大,推荐采用切角形法兰板和在钢管上下翼缘板中间布置通长外肋的方式来减小螺栓受力的不均匀性。提出以第2排螺栓中心连线作为方形刚性法兰在弯矩作用下的旋转轴,此时最大受拉螺栓轴力较现行规范计算结果增大20%,与试验和有限元分析结果接近。     

钢管杆塔柔性法兰受弯承载力试验及焊缝受力

柔性法兰节点通过内外两道角焊缝传力,具有安装快捷、加工简单且省材省时等特点。对柔性法兰进行受弯承载力试验,并对相应法兰进行有限元模拟分析,考察柔性法兰的受弯承载力特性,重点研究柔性法兰内外环向角焊缝的受力机理和分担比例。研究结果表明,纯弯作用下柔性法兰受拉侧外焊缝与主管连接处存在较大应力集中,受拉侧外焊缝为主要的传力焊缝,而内焊缝在保证柔性法兰节点安全稳定的前提下提供第二道传力机构;纯弯受力时柔性法兰受拉侧外焊缝与内焊缝受力分担比例比在3.6以上,设计及加工时应特别注意外焊缝的应力及质量,建议适当减小内焊缝焊脚尺寸至外焊缝的2/3,使法兰焊缝构造更加合理,该研究成果可为柔性法兰及其焊缝设计加工提供参考。     

T型钢连接中柱节点的力学性能分析

设计了2组T型钢连接中柱节点,对节点进行低周往复循环加载下的受力分析,通过循环荷载下的滞回曲线、骨架曲线、应力云图以及刚度退化曲线来分析螺栓连接方式变化对节点承载力、受力性能以及破坏形式的影响。分析结果表明:普通高强螺栓连接的中柱节点承载力和耗能能力明显强于对拉螺栓连接的中柱节点;两种节点破坏形态不同,普通高强螺栓连接节点为T型钢翼缘受拉破坏,对拉螺栓连接节点为长对拉螺栓剪切破坏和T型钢翼缘受拉破坏。     

超大承载力端板连接节点抗拉性能及设计方法

超大承载力端板连接节点是一种新型梁柱节点形式,可以应用于大跨或重载钢框架中。在抗震区框架中梁柱节点除承担弯矩之外还可能承担一定的拉力,因此有必要对超大承载力端板连接节点的抗拉性能进行研究。对4个采用不同端板厚度、螺栓直径或螺栓布置形式的超大承载力端板连接节点足尺试件进行了轴拉荷载下的试验研究,记录并分析了各螺栓轴向应变增量分布情况;建立了24个超大承载力端板连接节点的有限元模型并进一步分析了该节点的抗拉性能。基于试验研究和有限元分析的结果得出:在轴拉荷载下端板外伸段靠近梁翼缘中部的螺栓为最不利螺栓,而移除角部螺栓对节点的抗拉性能没有不利影响;提出了该节点受拉时等效受拉螺栓数量的建议计算式,并给出了节点抗拉承载力的设计方法。