负载下焊接加固过程对钢梁及钢支撑受力性能的影响研究

为研究负载下焊接加固过程对钢梁、钢支撑受力的影响,结合实际工程,利用ANSYS有限元分析软件和焊接加固试验模拟了天津国际贸易中心加固工程中已负载的钢构件的焊接过程,得到了钢梁和钢支撑在焊接过程中应力、位移等的变化规律。研究了加固对构件承载力的提高程度及焊接残余应力对构件承载力的影响;对比有限元分析和试验结果表明:钢梁和钢支撑在负载焊接的过程中,局部高温热影响区引起应力重分布,并使构件产生附加位移;负载焊接引起的应力和位移均较小,且在焊接结束时已经大部分自行恢复,焊接加固过程中结构的安全性可得到保证。     

不同纤维增强复合材料加固钢梁疲劳性能试验研究

对外贴高弹模碳纤维增强复合材料(高弹模CFRP)板、高强度CFRP板、钢丝-玄武岩纤维复合板(SBFCP)和焊接钢板等加固人工受损钢梁疲劳性能进行试验研究,分析不同材料加固对钢梁疲劳性能的影响,讨论钢梁疲劳加固效果的影响因素。试验结果表明:等拉伸刚度加固条件下,纤维增强复合材料加固钢梁的疲劳寿命总体上是未加固钢梁的3.33～5.26倍,而焊接钢板加固钢梁的疲劳寿命是未加固钢梁的1.74倍;与传统焊接钢板加固相比,纤维增强复合材料可以推迟钢梁裂纹的萌生,降低裂纹的扩展速率和钢梁的残余挠度,增加构件的疲劳寿命,改善构件的破坏模式,其中高弹模CFRP板加固效果最理想,而SBFCP加固性价比最高;加固材料和界面对疲劳性能有明显的影响。     

钢框架梁柱焊接连接的半刚性及其对结构自振频率影响的研究

先从梁柱节点受弯变形的机理入手,推导出钢框架梁柱焊接连接节点的初始刚度计算公式.通过对5组共25个梁柱焊接节点的初始刚度公式计算结果与有限元计算结果的比较,发现该计算公式与有限元结果吻合较好.然后通过通用有限元软件ABAQUS分析随结构层数、跨数变化时节点半刚性对框架结构自振频率的影响规律,由此建立焊接连接简化为刚性连接的条件.     

钢结构的焊接缺陷对构件动力特征的影响

钢结构焊接损伤,即在焊接过程中由于大量的瞬时热量输入,焊后会产生部分焊接缺陷,这些焊接缺陷包括残余应力、气孔、夹杂、咬边、裂纹等。焊接缺陷将给钢结构的整体受力性能、疲劳强度和稳定性带来不利影响,特别是在地震荷载、冲击荷载等动力荷载作用下影响较明显,使得钢结构的安全性有一定的降低。本文总结了钢结构在焊接过程中可能存在的焊接缺陷问题,专门针对焊接不饱和问题提出通过构件在不同焊接率情况下的动力特性试验来研究不饱和焊接对钢结构构件动力特性的影响,为了分析不同支座对试验结果的影响,对焊接率分别为17.3%、33.3%、40%、65.3%、70%、100%共5种不同焊接长度的钢梁进行模态分析,采集了部分模态数据,并与完全焊接的工字钢梁进行对比分析,得出了不同的焊接率对钢结构构件动力特性的影响结论,为钢结构的设计施工提供了理论和实验依据。     

钢结构的焊接缺陷对构件动力特征的影响

钢结构焊接损伤即在焊接过程中由于大量的瞬时热量输入,焊后会产生部分焊接缺陷,这些焊接缺陷包括:残余应力、气孔、夹杂、咬边、裂纹等。焊接缺陷将给钢结构的整体受力性能、疲劳强度和稳定性带来不利影响,特别是在地震荷载、冲击荷载等动力荷载作用下影响较明显,使得钢结构的安全性有一定的降低。本文总结了钢结构在焊接过程中可能存在的焊接缺陷问题,专门针对焊接不饱和问题提出通过构件在不同焊接率情况下的动力特性试验来研究不饱和焊接对钢结构构件动力特性的影响,为了分析不同支座对试验结果的影响,对焊接率分别为17.3%、33.3%、40%、65.3%、70%、100%共五种不同焊接长度的钢梁进行模态分析,采集了部分模态数据,并与完全焊接的工字钢梁进行对比分析,得出了不同的焊接率对钢结构构件动力特性的影响结论,为钢结构的设计施工提供了理论和实验依据。     

双腹板H型构件边缘焊接变形控制

在双腹板H型制作过程中,钢梁边缘翘起不仅会产生波浪变形增加校正工作量,还会引起应力集中,影响构件的使用性能.国家会议中心二期双腹板H型钢梁制作时通过研究边缘变形的原因,提出合理的焊接顺序及焊接参数,控制焊接变形.     

工字形截面受弯钢梁负载下焊接加固试验研究

负载下焊接钢加固受弯钢梁的加固方法已在各类建筑结构的加固工程中得到广泛应用。为研究初始负载对焊接加固后钢梁的受力特性的影响,进行加固钢梁的受弯静力试验研究,试验包括3个不同初始负载下焊接加固的钢梁和1个作对比的未加固钢梁,材料类型均为普通碳素钢Q345B级钢。被加固钢梁为工字形双轴对称截面,加固方式为上下翼缘外侧对称贴焊钢板全长加固。钢梁端部约束采用夹支。基于试验结果,研究负载下加固前后钢梁的截面应变应力分布变化,失稳破坏形式和稳定承载力,并对试验结果和规范计算结果进行对比。结果表明:试件焊接加固冷却后,腹板受拉区拉应变和受压区压应变都增大,钢梁跨中挠度增大。加固后钢梁的稳定承载力是受初始负载大小和最终破坏模式影响的,加固后发生整体失稳的试件,初始负载对其稳定承载能力会产生不利的影响。研究为后续的数值参数分析提供重要基础数据,为优化现有设计方法提供参考依据。     

大跨度多段箱形梁安装施工技术

中国人寿研发中心F—05地块（数据中心）工程通廊箱形梁长度为27m,单根重21t,由于受现场条件限制,将钢梁分为6段安装。时值冬期施工,受风、温度影响大。通过合理安排焊接时间、合理安排焊接顺序、搭设防风棚、焊接前预热、增加连接板等措施,确保了分段安装构件的质量。     

温度变化对钢梁受力性能的影响

基于构件的非线性位移应变关系,利用能量原理推导了钢梁在温度荷载和均布荷载共同作用下平衡方程以及钢梁应力和竖向位移的计算公式,并对一工字形截面钢梁力学性能受温度变化的影响进行了分析,由分析结果可知：温度变化对钢梁的力学性能影响较大。     

钢-混凝土组合框架结构体系抗震性能参数分析

为了全面研究钢-混凝土组合框架结构的抗震性能,对某典型的15层组合梁-方钢管混凝土柱框架结构进行了参数分析,讨论了方钢管混凝土柱截面含钢率、楼板厚度和组合梁钢梁高度变化对结构抗震性能的影响规律。分析结果表明:结构的周期和弹性位移反应受组合梁钢梁高度影响最为显著,含钢率的影响次之,随着钢梁高度和截面含钢率的增大,结构周期及弹性位移反应均有不同程度的降低;结构初始刚度和极限承载力受楼板厚度影响最为显著,钢梁高度影响次之,随着楼板厚度的增加和钢梁高度的增大,结构初始刚度均有不同程度的提高;结构的弹塑性位移反应受钢梁高度影响最大,钢梁高度增大,结构弹塑性位移反应明显降低。根据参数分析的研究结果,对不同的设计参数对结构抗震性能的影响有一个简单、直观的印象。在进行结构设计时,根据结构性能的具体需要,基于参数分析的结果,通过对结构参数进行有针对性的调整,从而更加快速、准确地优化结构设计。     

梁柱节点刚域对框架结构整体性能的影响

通过理论推导及数值分析得出梁计算跨度与梁计算跨度减去刚域长度之后的比值或层高与层高减去柱刚域长度比值的变化对结构周期、位移、位移角、基底剪力及抗侧刚度等整体性能指标的影响规律。通过给出对周期影响程度的具体数值能够得到相对应的推导值,并且随着推导值的增加,节点刚域对结构整体性能指标影响增大。     

闵浦大桥边跨钢结构制作工艺研究

闵浦大桥边跨是全焊接的大型中厚板桁架铜梁。在从试制到批量生产、从杆件生产到总体拼装的制作过程中,通过对单元划分、组装顺序的制定、焊接收缩余量的设置、焊接变形的控制、构件尺寸的报验、焊接质量的检验、整体拼装焊接等的工艺控制,最终成功地制造出焊接质量与外形尺寸全都合格的边跨钢梁。     

损伤和残余应力对钢构件性能的影响

研究累积损伤、厚度方向和纵向残余应力对焊接组合厚板钢构件承载力和刚度的影响,对不同尺寸参数的构件的滞回性能进行了分析比较。结果表明,在静力作用下,累积损伤模型和残余应力对极限承载力的影响微小,对于刚度的影响较大,在低周往复荷载作用下,累积损伤模型和残余应力会使厚度偏大的构件滞回性能减退更加明显。所以采用合理的损伤模型和残余应力有利于正确分析焊接组合厚板钢构件的力学性能,从而增加整体结构的可靠度。     

考虑约束效应的Q460钢梁耐火性能研究

为获得Q460钢梁在约束效应和火灾耦合作用下的耐火性能,考虑荷载比和轴向约束刚度对钢梁耐火性能的影响,完成了3个约束Q460钢梁瞬态试验,得到了钢梁侧向位移、挠度和轴力与Q460钢梁温度的关系曲线。对约束Q460钢梁开展有限元分析,得到了荷载比、轴向约束刚度、转动约束刚度和截面高宽比对钢梁临界温度的影响规律。研究结果表明：约束Q460钢梁在横向荷载和附加轴力联合作用下,一般发生弯扭屈曲破坏;悬链线效应温度与临界温度相差不大;荷载比和转动约束刚度对约束Q460钢梁的临界温度影响显著;临界温度随转动约束刚度的增加而增加,转动约束刚度从无转动约束增大到5EI/L时,钢梁临界温度升高约34%,临界温度随荷载比的增加而降低,荷载比从0.4增大到0.9时,钢梁临界温度下降约26.5%;轴向约束刚度和截面高宽比对临界温度的影响程度较小,临界温度随轴向约束刚度的增大而降低,随截面高宽比的增大而升高。     

CFRP加固焊接工字钢梁的有限元分析

碳纤维增强复合材料（CFRP）加固混凝土结构目前已经得到广泛应用,但在钢结构加固方面应用尚少。通过有限元软件ANSYS对碳纤维布和碳纤维板加固焊接工字钢梁进行变形和应力场分析,得出CFRP片材加固可增强钢梁的刚度,降低钢梁的最大应力。该分析结果可用于钢梁疲劳寿命分析。     

整体钢框架结构中连续板热振动特性试验

采用自制火灾试验炉对整体钢框架中4个钢筋混凝土连续板格和2个组合钢梁的热振动特性进行了试验研究。采集了构件受火时的加速度信号并尝试利用希尔伯特变换提取主频率,并对加速度信号进行时域分析和频域分析。时域分析结果表明:加速度信号强度与边界约束和裂缝开展密切相关,约束越强,振动信号越弱;主裂缝开展导致板格加速度信号发生突变,而组合钢梁的信号突变则受到应力重分布和主裂缝开展的影响;升温阶段加速度曲线可分为3个阶段,前期和后期振动幅值很小,中期振动幅值较大且伴随较多的信号突变。频域分析结果表明:受火时主频率变化显著并呈现下降的趋势,但频率改变只能反映裂缝开展程度,不能确定裂缝位置,且频率变化近似与挠度的变化过程相对应;通过振动特征分析可以有效监测楼板的变形、裂缝开展等受火行为。     

水平变刚度优化设计对桩筏基础动阻抗的影响

为研究水平变刚度优化设计对桩筏基础动刚度的影响,针对成层地基上的大型桩筏基础,采用直接法计算桩筏基础模型在水平、竖直和回转三个方向上的动阻抗函数.对比分析了不同地震动水平下,变桩径和变桩距对桩筏基础动阻抗函数的影响.结果 表明,水平变刚度优化设计和地震动水平对所研究桩筏基础动阻抗函数的影响随输入频率的变化而变化.当输入频率较小时,水平变刚度优化设计对桩筏基础三个方向动刚度的影响均不明显,当输入频率较大时,桩筏基础水平方向动刚度会减小,但竖向和回转方向的动刚度不受影响;地震动水平的增加会减小土体的等效剪切模量、增加土体的等效阻尼比,进而减小桩筏基础动阻抗函数曲线的振荡幅值.建议对桩筏基础进行不同输入荷载频率的研究,以确保优化设计的可靠性.     

高强钢焊接工字形截面压弯构件局部-整体相关屈曲分析北大核心CSCD

采用有限元法分析了Q460钢腹板高厚比超限(h w/t w=60,70,80,100,120)的焊接工字形截面压弯构件的极限承载力,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、构件长细比和相对偏心率对其屈曲性能的影响,提出了计算Q460钢压弯构件局部-整体相关屈曲极限承载力的修正公式。研究表明,有限元法能很好地分析腹板高厚比超限的工字形截面压弯构件非线性屈曲性能;腹板高厚比增大,极限承载力提高,腹板屈曲后强度保持能力增大,延性增大。相反,翼缘宽厚比增大,构件极限承载力减小,腹板屈曲后强度保持能力减弱,延性降低;长细比增加,构件刚度明显减小,极限承载力降低,但延性却增大;相对偏心率增大,弯曲变形起主导作用,跨中挠度急剧增加,而轴力的变化相对变缓。提出的修正公式计算结果与有限元结果吻合很好。     

冲击荷载下焊接空心球节点的动力响应研究

为研究冲击荷载下节点刚度和冲击速度对焊接球节点动力响应的影响,对缩尺节点试件进行不同高度下的冲击试验;采用ANSYS/LS-DYNA软件中的Shell163壳单元模拟焊接球和杆件,采用Solid164实体单元模拟冲击物,建立焊接空心球节点精细化有限元模型.将试验结果和有限元分析结果进行对比,验证有限元模型的有效性.通过改变钢球冲击高度、球节点壁厚和直径,从节点的动应力、动应变、动位移、冲击力以及冲击能量5个方面,对焊接球节点开展动力响应分析.研究结果表明:动力响应随冲击能量的增加而增大;增加焊接球直径相当于削弱了节点的刚度,但削弱幅度不大;增加焊接球壁厚对于提升节点的抗冲击性能有一定作用.     

屈服强度失配对异种金属焊接接头裂纹扩展的影响分析

为了解含缺陷核电关键构件的裂纹扩展情况,以核电一回路安全端异种金属焊接接头为研究对象,建立了符合工程实际的核电焊接接头材料模型,基于XFEM分析了屈服强度失配对裂纹扩展力学场和路径的影响。结果表明:屈服强度对裂尖力学场的梯度变化影响较小;而屈服强度的高组配形式在一定范围内能够抑制裂纹的萌生,等组配形式有利于裂纹的扩展,屈服强度的增大会使裂纹启裂所需应力值增大而裂纹扩展长度减小。研究结果为异种金属焊接接头的安全性评价提供了依据。