基于钢管K型节点刚度的应力集中系数计算方法

采用通用软件MSC.MARC建立三维实体有限元模型,进行钢管K型节点应力集中系数参数分析。基于现有钢管K型节点试验与有限元分析结果,说明现有规范中钢管K型节点应力集中系数计算公式的不足。采用理论推导和回归分析相结合的方法提出基于节点刚度的钢管K型节点应力集中系数计算方法,并验证该计算方法的准确性和适用性。研究结果表明：有限元分析与试验得到的钢管K型节点最大位移和最大热点应力偏差分别不超过5.11%和6.83%,验证了有限元分析结果具有较好的精度;对比有限元分析结果发现,由于钢管K型节点几何参数之间存在交叉关系,即变化其中一个几何参数会造成其他几何参数的变化,使得几何参数对钢管K型节点应力集中系数存在相互耦合作用;现有钢管K型节点应力集中系数计算方法是通过单一参数回归得到,无法考虑几何参数对钢管K型节点应力集中系数的相互耦合作用,且安全度相对较低,不适用于桥梁结构中钢管K型节点应力集中系数的计算;本文中提出的基于节点刚度的钢管K型节点应力集中系数计算方法不仅能够考虑节点不同几何参数对钢管K型节点应力集中系数的相互耦合作用,而且能够提高评估和计算桥梁结构中钢管K型节点应力集中系数安全度和精度。     

钢管混凝土桁架焊接节点热点应力集中系数研究

钢管混凝土桁架焊接节点构造复杂,焊缝区域应力集中程度高,是疲劳易损部位。根据钢管混凝土桁架2种主要节点构造形式——焊接管节点和管-板焊接节点,利用有限元软件ANSYS分别建立了K型相贯节点、管-板节点和扫把型节点空间模型,基于国际焊接协会(IIW)和挪威船级社(DNV)提出的热点应力计算方法,进行节点连接焊缝处热点应力的数值分析。分别讨论了主管受拉、支管在典型荷载作用下,焊接节点焊趾处的热点应力集中系数。结果表明:管节点热点剪应力幅很小,热点正应力集中系数较大;管-板节点应力集中程度低,最大热点应力集中出现在管-板节点的节点板端部;扫把型节点应力集中特性与管-板节点相似,但构造相对复杂。依照基于热点应力S-N曲线的疲劳性能评估方法,钢管混凝土桁架结构采用管-板节点时,具有较好的抗疲劳性能。     

桁架拱桥K型钢管节点的有限元数值分析

通过采用壳体单元和实体单元两种数值模拟计算方法,考察分析了桁架拱桥中K型钢管节点在轴向荷载作用下的热点应力特征和应力集中系数。与文献[6]计算结果进行比较,验证了数值计算结果的正确性和实用性。本文提出的结论可为相关K型钢管节点设计和研究提供参考。     

焊接管节点疲劳研究综述

为加深对焊接管节点疲劳问题的认识,对焊接管节点名义应力法、热点应力法、切口应力法和断裂力学法4种常用疲劳评估方法应用现状和存在问题进行介绍,从疲劳效应（热点应力集中系数）和抗力（热点应力幅S N曲线）2个方面对首推的热点应力法研究现状进行总结,探讨了管节点结构形式的发展趋势。结果表明:焊接管节点常用四大疲劳评估方法中名义应力法应用最广,但过于保守,热点应力法最被推崇,但仍有待进一步完善,切口应力法实施难度大,尚未在规范中使用,断裂力学法则适用于剩余疲劳寿命评估;对于传统的圆形和矩形钢管节点,已形成了较为系统的热点应力评估方法,对热点应力集中系数最大值可能发生位置、外推区域、热点应力集中系数计算公式、壁厚效应修正系数等方面进行了明确的规定;在传统的圆钢管和矩形钢管节点基础上,创新节点形式,提出了钢管混凝土节点、PBL加劲型钢管混凝土节点、圆管 方管节点和鸟嘴式节点,对比传统钢管节点,钢管混凝土节点热点应力集中系数降幅在25%以上,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点降幅在50%以上,圆管 方管节点和鸟嘴式节点降幅则介于圆形钢管和矩形钢管节点之间。     

矩形钢管混凝土桁架节点应力集中特性试验研究

为研究矩形钢管混凝土桁梁桥节点的疲劳性能,开展两榀矩形钢管混凝土组合桁架节段三点弯曲试验,对试件中的K形节点应力集中系数进行测试和分析,同时,基于试验结果,对既有K形节点应力集中系数计算公式的适用性进行分析。结果表明：相比普通钢筋混凝土桥面板和传统剪力钉的构造措施,采用预应力混凝土桥面板和局部释放剪切作用的剪力钉可提高混凝土桥面板开裂荷载,但是对于桁梁承载力基本没影响;两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点腹杆表面热点应力水平基本相当,最大值均发生在受拉腹杆焊趾侧处,由于桥面板和剪力钉构造区别,两榀矩形钢管混凝土组合桁架节点弦杆表面热点应力值不同,最大值分别发生在受拉腹杆焊趾侧处;既有K形节点应力集中系数参数计算公式适用性分析表明,Mang等建议公式计算结果偏危险,Soh等建议公式和CIDECT建议公式计算结果偏保守,Puthli等建议公式计算得到的受拉腹杆最大应力集中系数偏保守,计算得到的受压腹杆和弦杆应力集中系数偏危险,Jiang等所提建议公式计算结果与试验结果吻合最好。     

钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能试验

为研究钢管混凝土K形节点足尺模型疲劳性能,对其进行疲劳试验,并与钢管K形节点疲劳性能进行比较,通过对比分析得到钢管混凝土K形节点热点应力分布规律、疲劳性能演化和疲劳破坏形式,并探讨钢管混凝土K形节点疲劳寿命评价方法。结果表明:钢管混凝土K形节点与钢管K形节点最大热点应力的位置均位于受拉支管与主管相贯焊缝主管侧冠点处,钢管混凝土K形节点的应力集中系数约可降低至钢管K形节点的58%,且热点应力宜采用二次外推方式;两者疲劳性能演化过程均可分为疲劳裂纹萌生、扩展和破坏三个阶段,钢管混凝土K形节点在扩展和破坏阶段分别以沿主管壁厚方向和相贯焊缝长度方向扩展为主,与钢管K形节点主要扩展方向相反;两者疲劳裂纹均属于张开型Ⅰ裂纹,钢管混凝土K形节点疲劳裂纹断口沿壁厚方向呈"呲牙"状,且疲劳裂纹扩展路径较长。钢管混凝土K形节点抗疲劳性能明显优于钢管K形节点的最主要原因在于,管内混凝土的约束作用提高了钢管混凝土K形节点主管的径向刚度,钢管混凝土K形节点的压陷和外凸变形远小于钢管K形节点。基于一点法原则建立的钢管混凝土K形节点疲劳设计S-N曲线具有较高精度。     

空间圆钢管相贯节点极限承载力分析

以塔桅工程中空间圆钢管相贯节点为背景,应用有限元程序对其进行轴向拉、压极限状态的数值模拟.分析节点在荷载作用下局部应力分布、主管鞍点的荷载变形关系,对支管搭接的影响、应力集中系数和节点极限承载力进行探讨,提出在节点区局部采用钢管混凝土改善受力条件的可行性.     

钢管相贯K型节点焊接残余应力的数值模拟与试验分析

钢管相贯焊接节点是空间钢管桁架的常见连接方式,为了深入研究钢管相贯节点的极限承载力和疲劳寿命,对K型钢管相贯节点的残余应力进行了分析。针对K型钢管相贯节点焊接时的热应力特征,通过对焊接过程中加热与冷却温度场的正确描述,并采用相应的热传导数学和物理模型,进行温度场和应力场的耦合计算。计算中考虑了钢材热物理参数和力学参数随温度变化的非线性性能,得到的残余应力和残余变形分布规律与K型钢管相贯节点试验的破坏形态吻合较为理想,据此提出焊接热损伤对节点破坏形式有一定影响的观点。     

钢管混凝土K形节点应力集中系数计算方法

以钢管混凝土K形(CFST-K)节点为研究对象，进行了7个CFST-K形节点和1个钢管K形(ST-K)节点足尺模型试验和实体有限元分析；分析了现有CFST-K形节点应力集中系数的适用性；基于管内混凝土约束作用对CFST-K形节点变形形态的影响，提出了CFST K形节点应力集中系数的缓解系数，并采用理论分析方法推导得到考虑管内混凝土约束作用的CFST-K形节点应力集中系数计算方法。结果表明：CFST-K形节点的最大应力集中系数均出现在受拉支管与主管相贯焊缝靠近主管侧冠点位置；CFST-K形节点应力集中系数与壁厚比呈正相关关系，而径厚比与管径比对CFST-K形节点应力集中系数影响较小；CFST-K形和ST-K形节点最大应力集中系数分别为3.98和6.08，管内混凝土能使CFST-K形节点应力集中系数下降约34.5%。现有CFST-K形和ST-K形节点应力集中系数计算方法未能充分考虑管内混凝土约束作用对CFST-K形节点应力集中系数的影响，且未考虑几何参数之间的耦合关系，采用其进行CFST-K形节点应力集中系数计算时精度较低；所提出的考虑管内混凝土约束作用的CFST-K形节点应力集中系数计算方法可将计算误差由现有计算方法的58.0%降低至19.6%。     

高耸钢管塔的节点应力分析

在高耸钢管塔结构设计中，常规的钢管节点简化计算理论过于粗糙，使设计人员不能了解节点局部区域的受力状态，从而在设计中无法准确把握结构设计的安全系数。因此，以一个钢管塔的初步设计为例，应用有限元软件分别采用板壳单元、实体单元两种计算模型对钢管节点的局部应力进行了分析，并与简化计算理论的结果对比，得出了一些分析结论，对该类结构的设计具有重要的实用价值。     

某特大型地下结构空间受力分析

对广东某特大型地下人防工程进行了空间受力分析研究。针对平面受力模式存在的问题,通过建立空间计算模型,与按平面受力模型计算进行对比,揭示其在不同条件下空间结构模型的内力变化规律。     

裂隙岩体渗流场与应力场耦合研究进展与展望

在分析岩体多介质渗透特性的基础上，提出了岩体多介质渗透类型，综述了裂隙岩体渗流场与应力场耦合模型的研究进展，并提出耦合模型进一步研究的方向。     

全螺纹GFRP筋与混凝土粘结应力分布模型

对用于GFRP锚杆的几个粘结应力分布模型进行了对比分析,指出了其适用范围.并对实测全螺纹GFRP筋与混凝土粘结应力分布特性进行了分析,在此基础上,通过理论分析提出了包含滑移段和未滑移段的两段式的粘结应力简化分布模型.通过模型与试验的对比,模型应力分布与试验应力分布较为吻合.     

土的统一硬化模型及其发展

土的统一硬化模型是以修正剑桥模型为理论基础,以采用统一硬化参数使其简明反映土的剪胀性、以采用变换应力方法使其合理反映土的三维特性为标志性特征,可针对不同类型土的特性,通过对统一硬化参数作适当调整,来建立与其相应的模型。统一硬化模型被发展为黏土和砂土的统一硬化模型、统一硬化超固结土模型、统一硬化K0超固结土模型、考虑砂土软化的模型、考虑土的材料各向异性的模型等十余种模型。这些模型能分别描述土的剪缩、剪胀、硬化、软化、超固结性、初始应力各向异性、材料各向异性、结构性、蠕变压缩和渐进状态等特性以及大应力条件下颗粒破碎和循环加载条件下土的变形特性等。     

裂隙岩体渗流场与应力场耦合的研究进展

系统阐述了岩体渗流应力耦合作用的研究现状与进展,探讨了渗流应力耦合模型的建立方法及计算方法,对裂隙网络耦合理论中几个具有代表意义的渗流模型作了较详细的描述和比较,并提出耦合模型进一步研究的方向。     

The strength–dilatancy characteristics embraced in hypoplasticity

The strength-dilatancy characteristics of frictional materials embraced in the hypoplastic model proposed by Gudehus and Bauer are investigated and compared with the revised model suggested by Huang. In the latter the deviatoric stress in the model by Gudehus and Bauer is replaced by a transformed stress according to the stress transformation technique proposed by Matsuoka. The flow rule, the failure state surface equation and the strength-dilatancy relationship embraced in both models are derived analytically. The performance of the two hypoplastic models in reproducing the relationship between the peak strength and the corresponding dilation rate under triaxial compression, plane compression and plane shearing are then extensively investigated and compared with experimental results and with the predictions made by particular classical stress-dilatancy theories. Numerical investigations show that the performance in reproducing the strength-dilatancy relationship is quite satisfactory under triaxial compression stress state in both models and the predictions made by the transformed stress based model are closer to the results obtained from classical stress-dilatancy theories for plane compression and plane shearing problems.     

用统一流变力学模型理论辨识流变模型的 方法和实例

 M. Reiner用弹簧、摩擦片和黏壶这3个元件分别模拟岩石的弹性、塑性和黏性,且用其并联组合可组成7个不同的模型。其中与黏壶并联的有4个(包括黏壶本身),称为基本流变力学模型,对应于与时间有关的4种基本流变力学性态。用这4个基本流变力学模型进行串联组合,可以形成15个流变力学模型(包括4个基本流变力学模型和11个复合流变力学模型)。将包含全部4种基本流变力学性态的模型称为统一流变模型,它包括了其他14个模型,也即其他14个模型都是统一流变模型的特例。根据岩石在不同应力水平下的加卸载蠕变曲线的特性,可以全面地辨识出与15种流变力学性态相对应的15个流变力学模型,且15个流变力学模型与15种流变力学性态是一一对应的关系,对模型的辨识具有惟一性。虽然,在其他文献中有一些模型与这15个模型有差异,但可以通过等效变换转化成为这15个模型之一。根据所提出的统一流变力学模型及其性质,详细论述了用不同应力水平下的加卸载蠕变试验结果辨识与岩石流变性态对应的流变力学模型的方法,并采用2种岩石的相应蠕变试验结果,给出了辨识其流变力学模型的例子。     

弹性纵波入射粗糙节理面透射性能研究

 针对应力波穿过节理面产生的衰减现象,研究节理面的几何形状、法向刚度对应力波的透射性影响。根据节理面几何特性设计6种模拟节理面粗糙程度的节理模型,用UDEC软件模拟一维弹性纵波的入射问题。计算结果表明,节理面的粗糙程度、法向刚度对弹性波的透射系数影响很大,节理面越粗糙,法向刚度越小,弹性波衰减程度越大,弹性波的波速降低越快。     

Proposed residual stress model for roller bent steel wide flange sections

The manufacturing process of structural wide flange steel sections introduces residual stresses in the material. These stresses due to hot-rolling or welding influence the inelastic buckling response of structural steel members and need to be taken into account in the design. Based on experimental data standardized residual stress models have been proposed for inclusion in inelastic buckling analyses. By incorporating these residual stress models their effect on the resistance of beams and columns can be obtained. Residual stress models for roller bent steel sections are currently not available. Roller bent wide flange sections are manufactured by curving straight members at ambient temperature. This manufacturing technique, which is also known as roller bending, stresses the material beyond its yield stress, thereby overriding the initial residual stresses prior to bending and generating an entirely new pattern. This paper proposes a residual stress model for roller bent wide flange sections, based on earlier conducted numerical investigations which were validated by experimental research performed at Eindhoven University of Technology. The proposed residual stress model can serve as an initial state of a roller bent steel section in fully non-linear finite element analyses to accurately predict its influence on the inelastic buckling response.     

基坑支护的静力反算模式

提出通过附加应力计算基坑支护问题，给出了土体中的静力反算关系式，考虑开挖前原位土体中应力作用以及地面堆载、基底开挖卸载的影响，建立平面有限元法及土抗力法计算的静力反算荷载模式。结合实例计算，说明方法可供实践参考应用。