圆钢管法兰连接承载性能的有限元分析

法兰连接是钢管结构中常见的连接形式。圆钢管的法兰盘连接可以分为无加劲肋和有加劲肋两种形式。国外的相关资料中只有圆管无肋条件下的法兰盘厚度计算公式,国内有关法兰盘连接计算方法的规程尚未正式出台。针对圆钢管法兰盘连接,在由屈服线理论推导得到的理论公式基础上,对其承载性能进行了有限元分析。通过分析有限元计算结果,对理论公式进行了修正和改进,得到更为合理的设计方法。     

柔性法兰连接节点研究初探

法兰盘是钢管结构常见的连接形式。目前常用的刚性法兰连接施工复杂，焊接残余应力难以预计，而且耗材增加。采用柔性法兰连接，在一定程度上弥补了上述不足。基于力学原理，导出柔性法兰的计算公式，并通过有限元分析加以验证。在分析过程中，考虑了螺栓对法兰盘的加劲作用，并给出该类节点的使用范围。工程实例表明，采用柔性法兰连接形式，可以简化施工，节约钢材。     

论不同形状加劲肋对角铝高强螺栓连接节点力学性能的影响

角铝高强螺栓连接节点是铝合金结构的重要连接形式,但其刚度和强度较低,限制了铝合金结构的发展。为研究不同的角型件加劲肋形状对连接节点力学性能的影响,通过ABAUQS有限元软件建立准确的数值模型,分析4种不同形状的铝合金结构加劲肋角铝高强螺栓连接节点,得出以下结论,直角三角形加劲肋对节点的承载力提升最为显著,综合考量力学性能和经济性,建议采用圆弧形加劲肋角型件。     

新型海洋平台组合结构-钢管连接节点轴压性能研究

不锈钢管中管钢管混凝土海洋组合平台是一种新型海洋平台组合结构形式,平台上下组块的连接节点既是结构设计的重点也是施工组装的关键,为保证该平台上下组块连接的可靠性,在JZ20-2北高点井口平台的基础上,提出了2种新型节点形式:过渡件连接和隔板加劲肋连接.基于有限元软件ABAQUS对2种节点形式进行足尺建模分析,着重探讨其在轴压条件下的受力性能.通过研究隔板厚度,加劲肋个数、厚度、高度等因素对隔板加劲肋式节点极限承载能力的影响进行了节点优化.结果表明:过渡件和隔板加劲肋式不锈钢管中管钢管混凝土-钢管连接节点均能够满足海洋平台承载能力的要求,且较于传统纯钢空心钢管连接拥有较高的承载力和良好的延性,其中增加隔板厚度、提升加劲肋个数和厚度可以有效提高隔板加劲肋式节点的极限承载能力.     

轴拉荷载下内置加劲肋内外刚性法兰承载力性能研究

结合国内外现有研究成果,在传统内外刚性法兰的基础上,提出一种内置加劲肋的新型法兰连接形式。采用ANSYS有限元软件,对含内置加劲肋法兰节点进行轴向拉伸参数分析,找出参数变化导致内外螺栓受力的不均匀度变化。结果表明:含内置加劲肋法兰比无内置加劲肋法兰较早达到屈服极限,且最大承载力略小于无内置加劲肋法兰;含内置加劲肋双圈法兰受力情况比较复杂,尤其是内置加劲肋两侧的螺栓轴力明显大于其他地方;内外圈螺栓受力不均匀度随内置加劲肋厚度的增大而增大。     

塔桅结构中有加劲肋法兰连接的受力研究

本文研究了塔桅结构中钢管有加劲肋法兰盘连接的抗拉受力性能,并用有限元方法对几个节点进行了计算分析,揭示了法兰盘在轴向拉力作用下的受力特点,将计算结果与《高耸结构设计规范》（ＧＢＪ１３５ － ９０） 的计算结果进行了对比,为修编《高耸结构设计规范》中法兰节点连接章节提供了一定的参考依据。     

加劲肋对焊缝区域应变模式的影响

通过试验和数值分析对工字形梁和箱形柱焊接连接的性能进行探讨,以获得加劲肋和柱翼缘厚度对连接耗能性能的影响。采用有限元法对试验构件进行了建模和分析,并将结果与全尺试验对比。考虑了各类加劲肋的影响,包括:柱加劲肋、侧向加劲肋、翼缘顶部和底部加劲肋。评测了各种加劲肋在塑性变形控制和连接耗能性能方面的贡献。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土的力学性能

为改善钢管混凝土界面和节点力学性能,加强钢管与混凝土的组合效应,提出在钢管混凝土的钢管内设置开孔钢板纵肋,使其具有PBL连接件和加劲肋的双重作用;进行了无肋和设置PBL加劲肋2种截面形式的矩形钢管混凝土轴压短柱试验;分析了无肋和设置PBL加劲肋时,结构中节点剪力在钢管混凝土钢-混界面的传递模式。结果表明:与无肋试件相比,设置PBL加劲肋使得矩形钢管对混凝土的套箍作用得到加强,其轴压承载力提高了14%～28%,试件延性明显改善;PBL连接件能够有效缩短管壁剪力向核心混凝土的传递线路,改善节点区域的应力分布。PBL加劲型矩形钢管混凝土具有承载力高、钢-混组合效应明显的优势,并且构造简单、施工方便,对丰富和发展钢管混凝土在桥梁工程中的应用具有重要意义。     

钢框架梁柱铸钢件连接节点静力性能研究

提出了一种新的半刚性连接节点形式——铸钢件连接节点,为了研究影响铸钢件连接节点静力性能的因素,采用ANSYS软件进行大量的非线性有限元分析,研究了铸钢件加劲肋厚度、短肢厚度、长肢厚度、螺栓间距等因素对此连接性能的影响。结果表明：设置加劲肋对节点的极限承载力和初始转动刚度影响很大,加劲肋厚度变化影响不大,竖向间距影响比水平间距大。     

钢板剪力墙结构竖向防屈曲简化设计方法

采用能量原理推导了设置竖向加劲肋钢板墙的弹性屈曲应力的简化计算公式,并根据理论公式进行了参数分析,研究了钢板高宽比、加劲肋数量、加劲肋与钢板刚度比以及加劲肋与钢板面积比等参数对钢板墙竖向屈曲荷载的影响。简化公式计算结果与有限元计算结果吻合良好。研究表明,在钢板墙高宽比确定的情况下,加劲肋与钢板的刚度比是影响加劲板竖向屈曲荷载的主要因素,加劲肋与钢板的面积比对加劲板屈曲荷载的影响较小,加劲肋端部与周边框架不连接的钢板墙优于加劲肋端部与周边框架连接的钢板墙。     

北京新机场航站楼C形柱复杂钢管相贯节点受力性能研究

以北京新机场航站楼C形钢柱典型复杂钢管相贯节点为研究对象,设计了9个足尺节点,对其进行空间静力加载试验,研究不同加劲肋设置、钢材强度和加载方式对节点受力性能的影响。结果表明：未设置加劲肋的节点承载力较低,无法满足结构安全需求;采用Q345C钢材设置加劲肋的节点在设计荷载作用下有部分区域会进入塑性工作状态;采用Q460GJC钢材设置加劲肋的节点能够在1.4倍设计荷载作用下保持完全弹性工作状态;不同的加载方式仅对未设置加劲肋的节点影响较大,对设置加劲肋的节点影响较小。在试验研究基础上,对节点破坏模式和承载能力进行了研究,对加劲肋的设置进行优化,以设置三道加劲肋为优。     

Axial compression performance study on embedded steel plate concrete composite shear walls with stiffening ribs

为研究钢板两侧设置竖向加劲肋对内置钢板-混凝土组合剪力墙轴压性能的影响,设计了2个相同尺寸的组合剪力墙试件,分别为钢板两侧设置和未设置竖向加劲肋。对2个试件进行轴压性能试验,对比分析其破坏形态、位移、刚度退化、应变等。试验结果表明：钢板两侧设置竖向加劲肋使剪力墙的轴压承载力提高13.38%,刚度退化减缓,外侧混凝土破坏程度减轻。与未设置加劲肋钢板相比,钢板两侧设置加劲肋板能有效地推迟钢板的屈曲进程。对2个试件进行了加载全过程的数值分析,数值分析曲线与试验曲线吻合较好;利用提出的轴压承载力计算公式得到的计算值与试验值吻合较好。     

H型钢防屈曲支撑抗震性能试验研究

提出一种H型钢防屈曲支撑（HBRB）以便于对结构中既有H型钢构件进行抗震加固,同时可避免传统H型钢防屈曲支撑中过早发生内芯局部屈曲破坏的现象发生。该支撑的耗能内芯采用H型钢,约束构件由2个U形钢和2块钢板通过高强螺栓拼接而成。为了研究HBRB的抗震性能,对3个试件进行拟静力试验,结果表明,构造合理的HBRB具有稳定的滞回耗能能力。通过分析试件破坏模式发现：将端部加劲肋布置在翼缘两侧有利于避免H型钢防屈曲支撑内芯应变集中及约束构件局部鼓曲破坏的发生;端部加劲肋和外部约束构件之间的间隙过大会导致加劲肋和H型钢内芯焊缝撕裂;采用低电流、多道焊缝施焊有利于提高防屈曲支撑的疲劳性能。在轴向荷载作用下,H型钢内芯除了发生整体弯曲变形外,腹板和翼缘作为板件还会分别发生自身的高阶屈曲;翼缘和腹板在屈曲后与约束构件接触,相当于对H型钢增加额外的侧向约束,使其整体稳定承载力明显提升。     

开口肋加劲板屈曲模态与临界屈曲应力分析

为更好掌握开口肋加劲板的设计计算方法,采用弹性稳定分析方法,对无纵向和横向加劲肋的四边简支板、纵向加劲肋等间距布置的四边简支加劲板、纵向和横向加劲肋等间距布置的加劲板进行屈曲模态和临界屈曲应力分析。结果表明:对于四边简支板或四边简支加劲板,临界屈曲应力与板宽、板长和板厚均有关,减小板宽和板长以及增大板厚可提高临界屈曲应力;随着加劲肋刚度比的变化,四边简支加劲板一般表现出3种屈曲模态,模态1为加劲肋与被加劲板共同发生整体屈曲,模态2为在加劲肋处形成波节,加劲肋与被加劲板发生屈曲,模态3为加劲肋为刚性加劲肋,不会发生失稳,只有被加劲板发生局部失稳;临界屈曲应力随加劲肋刚度比的增大而增大,模态1增大幅度最大,模态2次之,模态3逐步趋于定值。     

设直肋方形薄壁钢管混凝土短柱的试验研究与有限元分析

为改善薄壁钢管混凝土柱的力学性能,提出了设冷弯直肋方形薄壁钢管混凝土柱的新型结构形式。进行了无肋、单向设直肋和双向设直肋的3种截面形式、200mm×200mm和300mm×300mm两种截面尺寸的18个薄壁钢管混凝土轴压短柱的试验。结果表明:设肋的薄壁钢管混凝土短柱以剪切破坏模式为主;肋与混凝土在试件破坏之前,均能保持良好粘结。截面为200mm×200mm设直肋的短柱能达到较高的极限承载力,与无肋的试件相比,单向设直肋短柱的极限承载力提高了15%,双向设直肋的提高了26%。采用有限元程序ABAQUS 6.4进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合良好;通过数值计算,研究了截面尺寸相同的素混凝土短柱及无肋、单向、双向设直肋薄壁钢管混凝土轴压短柱的柱中截面混凝土纵向应力的分布规律,为深入开展设肋薄壁钢管混凝土短柱的研究提供了依据。     

Non-uniform torsion of stiffened open thin-walled members of steel structures

A general solution is derived, from distributional differential equations of equilibrium, for thin-walled structural members that are non-uniformly torsioned continuous, or situated in a Winkler rotational-elastic medium, with constant open cross-sections, stiffened with transversal ribs along their length. The equations were solved for a general case by means of the Laplace transform. Solutions were obtained in the form of closed generalized functions, holding good — for both non-uniform torsion displacements and internal forces and their influence lines — along the entire length of the bars. The effect of ribbing (diaphragms and closed ribs) on constrained torsion displacements and internal forces and on the respective influence lines is assessed for single-span and continuous I-section structural members.The results of non-uniform torsion tests carried out on I-bars stiffened along their length with battens or closed ribs (Fig. 12), in order to verify the theoretical models of the stiffened members (particularly with battens), are discussed. The test results confirmed the poor effectiveness of stiffeners in the form of battens directly joining the flanges of I-section members (Fig. 12(a)), due to the deformation of the flanges. The deformation can easily be eliminated by modifying the battens so that they join the flanges to the web (Fig. 12(b)). Tests showed that, by using the modified battens, one can effectively stiffen open thin-walled members. The effectiveness of the stiffening that is obtained is similar to that of stiffeners in the form of closed ribs.     

加劲肋的布置方式对中心受压钢柱柱脚刚度的影响分析

通过研究加劲肋的不同布置方式对中心受压钢柱柱脚的底板反力分布的影响,给出使反力分布较均匀的加劲肋布置方案.     

Reliability analysis of a long span steel arch bridge against wind-induced stability failure during construction

An efficient and accurate algorithm is proposed to evaluate the reliability of long span steel arch bridges against wind-induced stability failure during construction. The algorithm is developed based on stochastic finite-element method. Uncertainties in static wind load-related parameters are incorporated in the algorithm. The proposed algorithm integrates the finite-element method and the first-order reliability method. A long span steel arch bridge with a main span length of 550 m built in China is considered as an illustrative example. Two different construction stages are chosen for reliability analysis. Construction stage I involves the construction process before closure of main arch ribs. At Construction stage II, all remaining parts of the bridge have been completed except the stiffening girder of the main span. Three components of wind loads (drag force, lift force and pitch moment) acting on both steel girder and arch ribs are considered in the study. Results of the study show that the steel arch bridge at construction stage II is more vulnerable to wind-induced stability failure than that at construction stage I. Further, a detailed parametric study show that the variations of wind speed with height, drag force of wind loads, design wind speed at the bridge site and static aerodynamic coefficients have significant effects on the probability of wind-induced stability failure during the construction stages for the steel arch bridge.     

加劲肋对吊车梁用钢量的影响

在吊车梁设计中通过合理设置加劲、减小腹板厚度,达到节约钢材、优化设计的目的。通过具体设计实例,深入理解规范,对比设置加劲对吊车梁用钢量的影响,得出合理的设计方案。