网架设计中几个问题的探讨

网架作为一种新型的结构型式,具有整体性强、稳定性好、空间刚度大、抗震性能好、杆件受力合理、用钢量较少等优点,发展较快.徐州作为网架之乡,每年承担了全国各地大量的网架工程.笔者从所接触的网架工程设计中发现《网架结构设计与施工规程》某些提法值得商榷,另外对网架支座设计如何考虑水平反力问题作了探讨.1 网架的边界条件根据《网架结构设计与施工规程》规定,网架结构的支承条件,可根据支承结构的刚度,支座节点的构造情况,分别假定为二向可侧移,一向可侧移,无侧移的铰结支座或弹性支承.根据对实际工程分析,我认为有些地方值得探讨.     

填充剪力墙梁柱式木框架混合结构抗侧力

为了研究填充剪力墙梁柱式木框架混合结构抗侧力性能,制作了两种梁柱框架节点,采用单调和往复加载的试验方法,对内填钢板螺栓连接和植筋连接梁柱式木框架节点的受力性能进行试验研究．采用SAP2000软件建立填充剪力墙梁柱式木框架混合结构的有限元分析模型,分析了混合结构的抗侧力工作机理和性能．研究结果表明:内填钢板销式连接框架节点初始阶段刚度近似为零;植筋连接框架节点具有较高初始刚度和承载力;木框架侧移变形能力是剪力墙的2～3倍,填充剪力墙梁柱式木框架混合体系的抗侧力承载力不能充分利用木框架的抗侧力承载力,出现明显的框架抗侧力滞后现象;混合体系抗侧力性能更加接近于剪力墙,可以按剪力墙的要求分析;混合结构抗侧力承载力为组成框架和剪力墙承载力之和,可以采用本文提出的理论分析模型计算．     

新型螺栓球-H型钢梁节点力学特性分析

以合肥南方水泥熟料库网架为研究对象,提出了一种新型螺栓球-H型钢梁网架,采用有限元软件Abaqus建立了4组不同参数的新型螺栓球-H型钢梁网架节点模型,研究了节点在受拉、受压和受弯状态下的荷载-位移曲线、应力应变分布和极限承载力等。结果表明,节点在压力、拉力和弯矩作用下都具有较高的刚度和承载力,增加圆柱体的厚度能有效提高节点在受压受拉和受弯状态下的刚度和承载力,增加节点板和顶板的厚度对节点各受力状态下的刚度和承载力提高不大。     

带腹板双角钢的顶底角钢半刚性连接静力性能研究

考虑几何、材料、接触非线性,对带腹板双角钢的顶底角钢连接这种典型的半刚性连接在静载作用下的受力性能进行研究.采用有限元软件ANSYS对主要构件的顶底角钢、腹板角钢、高强螺栓、梁柱建立有限元模型进行三维非线性有限元模拟,分析节点应力分布、塑性发展、变形特性、接触摩擦状态以及破坏模式,得到M-θ曲线、极限弯矩承载力、初始连接刚度等连接性能数据,探讨了此类节点连接的主要受力性能.     

拧入缺陷对螺栓球节点受力性能影响

螺栓球节点在空间网格结构中应用广泛,然而由于其组成构件较多,在安装过程中容易出现高强螺栓拧入长度不足的初始缺陷.为研究该缺陷对螺栓球节点受力性能的影响,采用ANSYS软件建立了带有螺纹的螺栓球节点精细化模型,通过改变螺纹的啮合数来模拟高强螺栓的拧入长度,并利用已有试验数据对模拟方法的准确性进行了验证.在此基础上,对M20、M24、M27三种常用节点在不同拧入长度下的抗弯性能进行分析,结果表明螺栓球节点随着拧入长度的变化主要存在三种工作及破坏模式,高强螺栓拧入长度不足可严重降低节点刚度及其极限承载力.最后对上述三种节点在不同拧入长度下的抗拉性能进行模拟分析,得到了不同拧入长度下螺栓球节点抗拉承载力的退化规律及可能的破坏模式,给出了抗拉承载力降低比例与螺栓拧入长度的关系曲线,研究成果可为螺栓球节点的施工控制及相似结构的安全性能评估提供技术参考.     

钢结构半刚性节点的数值模拟与试验分析

高强螺栓端板连接节点，以其施工方便、抗震性能好，而在多高层钢框架结构中得到推广使用．因该类节点为半刚性，受力性能复杂，而目前国内规范对此类节点的设计方法缺乏具体的规定，从而限制了其广泛应用．本通过数值模拟和试验方法，研究了两类螺栓端板连接节点的承载性能和刚度特征，得到了节点的弯矩一转角曲线，数值模拟与试验结果吻合较好，从而为这种节点的设计与应用提供参考．     

腹板双角钢抗剪连接受力性能有限元分析

对9个腹板双角钢抗剪连接节点进行了单调和循环荷载下的有限元分析,探讨了有钢尺寸、螺栓直径和螺栓的排列布置对节点的初始转动刚度、强度和延性的影响,总结了这种抗剪连接节点的受力行为.     

设控制缝砌块墙体抗侧刚度的试验研究

通过一片设置控制缝砌块墙体在复合受力状态下的抗侧移试验，了解墙体的开裂刚度及破坏状态，并借助有限元程序建立了四种宽高比的墙体模型，研究分析了控制缝对实际工程中墙体抗侧移刚度的影响，认为控制缝引起墙体抗侧刚度的降低是有限的，刚度的降低程度随宽高比的增加而逐渐减少，为地震区合理设置控制缝提供试验与理论依据并总结了设缝墙体的抗侧移刚度公式，供工程应用参考。     

弹簧隔振支座水平滞回性能试验与分析

为获得大型设施竖向隔振所需的弹簧支座的抗振性能与抗振设计方法,以盖板水平位移是否被限制以及竖向力的大小为基本参数,完成了100 k N和300 k N两类共计10个试件的弹簧隔振支座水平反复荷载与水平位移关系的拟静力试验,获得了考虑竖向荷载影响的滞回关系曲线.试验发现:滞回关系均呈现为初期小位移下为线弹性关系,竖向压缩对单圈极限侧移影响可忽略;较大位移后由于盖板的限制作用使滞回曲线表现为一定耗能;盖板无位移限制时,竖向压缩与水平变形的累积效应可导致局部弹簧发生不可逆塑性变形,其耗能能力和极限侧移能力较大.基于试验结果,提出了两类弹簧隔振支座弹性刚度、弹性变形限值取值方法,建议了罕遇地震影响下弹簧隔振支座位移弹性变形应组合竖向变形.事实证明,在大型设备以及建筑物中预设弹簧隔振支座可以在地震发生时有效提高设备以及建筑物的抗振性能,该研究结果可为大型消声室或半消声室等布置竖向弹簧隔振支座的大型设施震性能评价与抗震设计提供参考.     

摩擦部分自复位连接组合框架层间抗震修复性试验研究

为研究摩擦部分自复位连接组合框架中间层的抗震修复性,设计1榀1∶2缩尺比例PEC柱-钢梁摩擦部分自复位组合框架中间层子结构试件进行修复前后的两次抗震试验。根据试验现象和实测数据,对试件滞回性能、水平抗侧刚度退化规律、自复位功效、耗能能力等抗震性能进行了对比分析。分析结果显示：摩擦部分自复位连接可通过摩擦T形件螺栓长圆孔合理设置以实现“设计地震水平下发挥自复位连接性能和大震设计水平转化为承压型”传力模式,进而发挥主体构件材料耗能自复位性能设计理念;摩擦耗能T形件对穿螺栓和预拉杆将梁端受拉侧拉力转为对节点区混凝土的压力,实现了节点区混凝土压力带传力,且节点区加强盖板设置使得节点区混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土强度,更好满足了“强节点”的抗震要求;在设计地震水平下,修复前后试件层间残余侧移最大值分别为0.11%和0.13%,满足了自复位结构侧移限值0.3%要求,基本实现完全复位,而在罕遇地震水平下,修复前后试件承载力均呈增长趋势,且其层间残余侧移最大值分别为0.42%和0.44%,仍小于小震层间侧移限值0.5%,试件仍具有良好的自复位功效;摩擦部分自复位连接仅通过简单修复,即可实现受力发展进程、刚度退化规律、自复位功效和损伤耗能演化机理的基本恢复,具有良好的抗震可修复性。     

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑的滞回性能

装配式H型钢腹板开孔耗能支撑是由腹板开孔H型钢和传力槽钢通过螺栓连接组成的新型耗能支撑,能有效避免支撑构件失稳。为研究这种支撑的耗能能力及破坏机理,对试件进行低周往复加载试验及有限元模拟分析。结果表明：装配式H型钢腹板开孔耗能支撑滞回曲线饱满,耗能能力强,变形能力好。在轴向荷载作用下,试件主要依靠开孔腹板孔间短柱进入塑性耗能,在加载过程中,孔间短柱端部为薄弱部位,首先进入塑性,并最先发生断裂,随着加载的深入,孔间短柱中间部位进入塑性的面积越来越大。加载过程中,螺栓与槽钢始终处于弹性状态。试件最终因孔间短柱断裂导致破坏。H型钢耗能腹板长度相同时,腹板宽度越宽、孔间短柱高宽比越大,耗能支撑承载力与刚度越小、变形能力越好,孔间短柱高宽比在5~8之间较合理。建议长圆孔端部圆弧到螺栓孔中心最短距离控制在1.2d₀~1.5d₀之间。改变长圆孔圆弧半径对支撑的力学性能影响很小。H型钢腹板宽度相同时,腹板长度越大,承载力与刚度越大。给出了装配式H型钢腹板开孔耗能支撑的设计方法与极限承载力公式。     

集装箱房抗侧刚度分析Ⅰ:整箱蒙皮效应

作为轻钢结构,集装箱房的水平抗侧能力是其抗震抗风设计的重要力学性能指标,而目前却缺乏可靠的理论计算式用以分析.为对实际工程设计提供参考,且为完善波纹蒙皮结构的理论体系,本文对集装箱房水平抗侧刚度的计算式进行推导.区别于传统利用螺栓连接的蒙皮结构,集装箱房的侧壁波纹板与其钢框架之间是焊接连接的,在剪切作用下的平面内相互作用力分布以及变形组成有很大变化,求解关键在于分析波纹膜板在焊接边界条件下的蒙皮效应.基于能量理论,结合ABAQUS有限元模拟方法,分析了集装箱房在顶部水平均布荷载作用下的理想抗侧刚度以及顶角件处水平集中荷载作用下的局部效应,分别得到相应的抗侧刚度计算公式,并利用已有试验数据对理论进行验证.结果表明:集中荷载作用下,加载端局部变形远大于整体侧移,且局部效应的有效作用范围同上侧梁线刚度、集装箱规格有关.实际工程中,通过增加上侧梁有效截面面积或上下层之间的连接件数量,可有效减小局部变形,提升整体抗侧能力.     

三边约束钢板的抗剪承载力

利用静力加载方法对4种宽厚比的三边约束钢板单元进行了试验研究,通过试验考察了三边约束钢板的破坏形态和抗剪极限承载力,分析了宽厚比对钢板抗侧性能的影响,试验结果表明：小宽厚比钢板的抗屈曲能力较强,但是对边界约束条件要求较高,易造成边界连接破坏。根据钢板破坏形态,对其抗侧性能进行了理论分析,建立了三边约束钢板的抗侧性能计算模型,给出了三边约束钢板极限抗剪承载力计算公式。文章最后对三边约束钢板的选择和设计提出了建议。     

毛竹内嵌杉木的螺栓连接抗拉力学性能

在竹结构中,柱脚一般会出现受拉荷载,针对该现象提出一种内嵌杉木的毛竹螺栓连接形式,设计15个内嵌杉木的毛竹螺栓连接试件并进行轴向拉伸试验.根据Karacabeyli-Ceccotti建议的50％ 极限荷载法确定试件的屈服荷载和屈服位移,阐述了荷载位移曲线中不同变形阶段的特征,分析了螺栓直径和螺孔端距对连接试件的承载力和...     

外露式钢柱脚节点的抗剪性能

参考实际工程中使用的外露式钢柱脚节点,以柱脚底板孔径、柱脚底板厚度、锚栓直径和锚栓强度为主要参数,设计7组共19个大直径锚栓的钢柱脚试件,开展抗剪性能试验研究. 试验表明,锚栓连接具有可观的抗剪能力,节点的最终破坏模式有3种：当基础混凝土配筋足够时为锚栓剪断,配筋不够时为混凝土冲切破坏,介于两者之间的锚栓剪断同时存在混凝土冲切裂缝;锚栓连接的荷载-相对位移曲线呈现2种类型,主要区别在于是否存在滑移段. 对于锚栓连接的抗剪承载力设计值,将 3个已有理论模型与试验结果对比,给出推荐的简化公式. 对于锚栓连接的极限抗剪承载力,提出考虑锚栓截面拉力、剪力和弯矩影响的计算模型.     

Mechanical performance of rock bolts under combined load conditions

Rock bolts are subjected to different loading conditions along their lengths such as axial, bending, and/or shear forces, which can cause failure at lower loads than those considered for design purposes. The common existing methodologies do not consider the actual loading of the rock bolts and assume it is only pure axial or pure shear. This study was conducted to investigate the un-grouted rock bolt performance under combined load conditions. Two loading regimes were evaluated: the effect of initial shear displacement on axial load capacity and displacement, and the effect of axial displacement on the shear load capacity. The first regime was also conducted for shear with a gap, when there is a spacing between the shear interfaces. The results of this study showed that the rock bolt can resist higher axial loads than shear under pure or combined load conditions. Under combined load conditions, the rock bolt capacity decreased significantly for both regimes. However, when applying the shear load with a gap, the rock bolt load capacity was not affected significantly. Also, the total bar deformation was improved for shear and axial. The findings of this study show the need to improve the rock bolt design considering the complex loading conditions in situ with/without a gap.     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱节点静力性能试验

为解决现有钢管柱节点单边螺栓锚固不足和操作复杂的问题,提出高强钢芯筒-螺栓连接副装配式节点,连接副由内置于钢管柱的高强钢芯筒和常规高强螺栓组成.为考察这种新型节点的静力性能,对6个1∶1足尺钢管柱框架边节点进行单调加载试验,研究变量为钢芯筒类型、筒壁厚度、螺栓直径、钢梁端板厚度.重点分析节点关键部位的应力变化、变形能力、破坏模式、螺栓拉力和节点类型.结果表明:试件均为半刚性节点、梁端塑性铰破坏机制,封闭型芯筒厚度与螺栓直径相当时可以满足梁柱刚接的强度条件;节点域变形很小可以忽略,芯筒转动变形对节点转动影响不超过10%;钢梁端板与柱的间隙随着芯筒厚度减小而快速增长,螺栓有拔出趋势,连接副的抗拉设计值可按钢板螺纹抗拉承载力的70%取用.     

自锚式悬索桥主缆锚固区空间应力分析

目的对典型的锚固区局部节段进行分析,以解决自锚式悬索桥主缆锚固区结构复杂,平面杆系程序无法把握锚固区复杂受力状态的问题,为桥梁设计和施工提供参考依据．方法运用MIDAS／FEA建立浑河景观桥锚固区局部有限元模型,分析最不利索力设计值下的局部应力状态及不同荷载下的极限承载力．结果锚固区在主缆索力T=50000kN作用下,产生的最大位移为4．91mm;锚垫板的索孔周围的von Mises应力在110MPa左右．随着荷载的增加,锚固区von Mises应力不断增大．当索力为设计荷载的3．5倍时,锚固区各板件的应力均达到了468MPa以上,位移最大值为24mm．结论主缆锚固区各构件的刚度和强度均满足要求,锚固区的极限承载力为设计荷载的3．5倍,结构的安全系数较高．     

钢板剪力墙抗震性能的试验研究

通过对非加劲、十字加劲、开洞和开洞开缝四组钢板剪力墙试件进行低周反复荷载试验,系统研究了这四种形式钢板剪力墙的整体抗震性能,对比分析其滞回曲线、承载能力、抗侧移刚度和延性等性能指标.试验结果表明:非加劲钢板剪力墙具有较高的抗侧移刚度和承载能力,而其滞回曲线却呈现出明显的捏缩效应;非加劲钢板墙设置了十字加劲肋后,其滞回曲线的捏缩效应基本没有改变,而内填钢板的抗侧移刚度和承载能力可大幅度提高;非加劲钢板墙开设了洞口或缝之后,内填钢板的抗侧移刚度和承载能力虽有所下降,但是其滞回曲线很饱满,改善了非加劲薄钢板墙在循环荷载作用时零位移附近的零刚度、甚至负刚度现象,显著地提高了其耗能能力.