钢管塔架K型加肋节点的承载力分析

通过试验对1/4加肋K型钢管插板连接节点的极限承载力进行了研究,同时借助有限元分析了主管壁厚,环板宽度和厚度以及不同加肋方式对节点极限承载力的影响。在此基础上根据试验和有限元结果以及节点的破坏模式提出了适用于估算此类节点极限承载力的极限分析模型和建议公式。结果表明:加肋K型钢管插板连接节点的承载力受主管壁厚和环板宽度和厚度的影响较大,且分主管控制和环板控制2种情况来讨论。采用的四铰破坏机理和五铰破坏机理极限分析模型能较好的反映此类节点的受力性能。     

基于钢管控制的插板连接节点受弯性能研究

结合试验研究和理论分析对钢管插板节点受弯性能做了初步探索,以1/4(1/2)环形加强板节点为基础,根据钢管能量理论和虚功原理,推导出基于钢管控制的插板连接节点受弯极限承载力公式,并与日本《输电线路钢管塔制作基准》作了对比分析。结果表明:该理论分析模型的适用性较好,对工程设计有一定的理论意义和适用价值。     

直接汇交节点三重屈服线模型及试验验证

对Ｋ型节点建立了一个直接汇交钢管节点的极限分析模型,以求解Ｋ型节点的极限承载力,经与国内外大量试验数据尤其是大尺寸足尺试验数据的比较,证明了该模型的适用性。     

矩形钢管混凝土K型节点受力性能试验

对6个矩形钢管混凝土K型节点和1个矩形钢管K型节点进行了受力性能试验研究,结合Packer试验结果,对矩形钢管混凝土K型节点的破坏模式及节点间隙对节点性能的影响进行了分析,并和矩形钢管节点进行对比,推导了K型节点与Y型节点的判别式。试验结果表明:矩形钢管混凝土K型节点没有发生屈服线破坏模式,节点极限承载力得到了有效的提高;受拉支管破坏模式与矩形钢管节点相似,为冲剪破坏和有效宽度破坏;在满足受压支管承载力的前提下,受压支管为横向局部承压破坏模式;当受压支管宽厚比较大时,可不考虑节点间隙对节点承载力的影响;当受压支管宽厚比较小、节点间隙较大时,需考虑节点间隙对节点极限承载力的影响。     

空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点有限元参数分析与极限承载力计算公式

空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点以承载力高、搭接率小以及空间交汇杆件较少的优势应用于空间钢管桁架结构体系。本文采用ANSYS程序中8节点Solid45实体单元对平面和空间圆钢管搭接节点试件进行了非线性有限元分析。在破坏模式、变形过程以及节点极限承载力方面将有限元计算与已有试验结果进行比较,证明运用实体有限元分析法求解节点的极限承载力是一种有效的方法。有限元参数分析重点考察了几何参数和弦杆轴向应力对空间KK型双弦杆圆钢管搭接节点极限承载力的影响。在现有钢结构设计规范的基础上,通过对数值结果的回归分析,得到了该类搭接节点的极限承载力计算公式。研究结果表明:未加劲KK型双弦杆节点的极限承载力略低于未加劲K型单弦杆节点极限承载力,内加劲KK型双弦杆节点的极限承载力明显低于内加劲K型节点极限承载力;内加劲板对平面K型圆钢管搭接节点极限承载力可以起到很好的提高作用,但对空间KK型节点极限承载力提高并不明显。     

负偏心对钢管插板K型节点承载力的影响

对主管规格为φ 219 mm×6 mm有负偏心作用的1/4加肋钢管插板连接的极限承载力进行了试验研究,根据试验结果提出了等效受力模型,在此基础上研究了有负偏心的1/4(1/2)和全环形加强板钢管插板连接的K型节点的主管轴力、主管管壁弯矩和剪力三者之间的相互关系,并利用有限元软件分析了各参数对节点极限承载力的影响,在此基础上提出了此类节点的建议公式并与试验结果进行了比较.结果表明:建议公式表面看是反映两两之间的相互关系,实际上是反映了主管轴力、主管管壁弯矩和剪力三者之间的关系,建议公式能较好的估算节点承载力的上限值.     

K型、KK型间隙方钢管节点静力工作性能的试验研究

为研究多平面直接焊接方钢管节点性能,本文对6个K型和8个KK型直接焊接方钢管节点进行了静力试验研究。通过对节点破坏模式和极限承载力的分析,研究了几何参数(β、g)、支杆作用位置和空间作用对节点极限承载力的影响。采用ANSYS程序中四节点板壳单元对试验节点进行了弹塑性、大挠度有限元分析。将试验数据、CIDECT公式计算结果及有限元计算结果进行了比较。研究结果表明,采用ANSYS分析方钢管节点是可行的。空间作用对KK型方钢管节点承载力有明显的影响,支杆偏离弦杆纵向轴线作用使节点承载力有一定程度的提高。     

腹杆截面不对称圆钢管搭接节点极限承载力研究

本文建立了合理的有限元模型,对腹杆截面不对称圆钢管搭接节点进行材料和几何非线性计算,得出的极限承载力具有相当的准确度。由分析可知,把直径较大和壁厚较厚的腹杆作为贯通腹杆节点,其极限承载力较高且构造较为合理。当搭接腹杆直径变小、壁厚变薄后,CW和TW型搭接节点极限承载力均相对对称节点下降。通过对公式的计算结果与钢管节点数据库中腹杆不对称圆钢管搭接节点试验结果进行比较可知,计算公式可以准确地预测腹杆截面不对称搭接K型节点极限承载力。     

空间足尺组合式连接节点受力性能研究

以某大型特高压用钢管格构式变电构架工程为背景,对空间足尺组合式连接节点进行空间静力加载试验和有限元分析,着重研究节点的应力应变及位移发展特征、破坏模式和极限承载性能。试验结果表明:设计荷载下,除主管与节点板连接处的端部由于应力集中而出现轻微局部屈服外,节点其他部位仍处于弹性阶段|加载至设计荷载的近190%时,主管受力较大端出现受压“鼓曲”,主管与节点板1（JDB1）的连接处严重“凹陷”,随即支管⑦的插板与JDB1连接处发生受压“失稳”,节点破坏。有限元模型的分析结果,在节点应变发展、荷载-位移曲线、破坏模式、极限承载力等方面均与试验结果吻合较好。该类型节点的构造基本合理,满足设计荷载要求。建立节点承载力的理论分析模型及计算公式,理论计算结果与试验结果、有限元分析结果吻合较好。     

冷弯薄壁方钢管梁柱节点抗震性能试验及有限元研究

对12个冷弯薄壁型钢方钢管梁柱焊接节点进行了低周往复加载试验及非线性有限元数值模拟分析,有限元分析中考虑双重非线性、初始几何缺陷及焊材的本构模型等因素的影响。将循环荷载下数值计算结果与试验结果进行对比,讨论了试件滞回曲线、极限承载力、节点域应力分布等方面的内容。分析结果表明:(1)数值模拟与试验结果较为接近,极限荷载及极限位移差值在10%以内,所采用的数值分析模型和数值方法可进行冷弯薄壁型钢梁柱节点的参数化分析。(2)改进后的加腋节点极限承载力比常规节点高,极限状态时梁端位移较小;节点的滞回曲线饱满,耗能能力较强。(3)分散焊缝改进型节点破坏前经过循环次数较多,耗能能力较强。(4)轴压比对滞回性能及节点域应力分布有一定影响。     

输电钢管塔空间KK型管板连接节点极限承载力

空间KK型管板连接节点作为输电钢管塔中最主要的节点型式,其安全性是整个塔架结构安全的重要保证。相比较于平面K型节点,在考虑实际结构中节点空间效应后的KK型节点的受力性能更为复杂。在平面K型管板节点的试验研究基础上,对两类空间KK型管板节点展开参数化分析,重点讨论了节点几何尺寸参数和主管轴压应力比等因素对节点极限承载力的影响变化规律。结合大量有限元参数分析所得计算结果,并综合考虑各种因素对节点极限承载力的影响,提出了空间KK型管板连接节点在主管管壁局部屈曲破坏模式下的极限承载力建议计算方法。     

带加劲肋焊接空心球承载力研究

在12个足尺带加劲肋空心焊接球节点单向加载试验的基础上,运用ABAQUS有限元软件,采用弹塑性线性强化材料本构模型建立有限元模型,考虑材料和几何非线性,利用弧长法对其受力过程进行分析,并将试验和模拟所得极限承载力值与规范推荐值进行比较.结合试验和有限元模拟,提出两条定量地判断试验中球节点极限荷载的标准.     

鞍板和环板加劲K形相贯节点承载力试验研究

为研究采用节点板、鞍板、环板加劲的K形相贯节点的受力特性,设计并制作了11个节点试件开展比例加载试验研究,得到其变形、应力分布及破坏模式等受力性能。利用经试验验证的有限元模型,分析了加劲组件和钢管参数对该类加劲相贯节点承载力的影响,并给出了受荷节点的力学模型。有限元分析和试验结果表明,该节点表现出无加劲相贯节点和带鞍板的管-板节点的受力特征,加劲构造能有效提高节点承载力。参数敏感性分析结果表明,增加支管和主管直径比、主管厚度、节点板长度和扇形鞍板圆心角可提高节点极限承载力。给出了极限承载力简化计算方法,计算结果和有限元分析及试验结果吻合较好。     

超1m直径加劲焊接空心球节点的抗拉极限承载力研究

跨越输电钢管塔中采用了直径超过1m的加肋焊接空心球节点,其承载力计算不满足规范适用条件。论文在具有不同设计参数球节点的有限元建模基础上,进行了节点抗拉有限元分析计算。通过分析破坏模式,讨论了加劲肋在球节点抗拉承载力中的贡献,获得了能反映加劲肋尺寸参数贡献的球节点抗拉承载力计算经验公式。并将经验公式和规范、试验、有限元计算结果进行了比较,表明经验公式可以有效地捕捉这类节点的抗拉极限承载力。     

圆钢管空间相贯节点的实验研究

针对圆钢管空间相贯节点,进行了三种类型大尺寸足尺试件的试验。具体介绍了试件和加载方案的设计,提供了主要试验结果,并根据变形极限概念,提出了确定试件极限承载力的方法。对试件的破坏机理进行了分析,指出节点区焊缝刚度过大延性不足的特征,可能阻碍钢管节点管壁极限强度的充分发挥。根据试验结果,对空间相贯节点强度计算公式作了初步探讨。     

焊接空心球节点的拉压极限承载力分析

采用三维退化曲壳有限元对焊接空心球节点的极限承载力进行了计算。推导了其切线刚度矩阵和弹塑性矩阵,采用多线性等向强化模型和Von-Mises屈服准则,在对6组受拉节点和6组受压节点的试验结果进行了数值模拟的基础上,提出了适于有限元分析的强度破坏准则和极限准则;采用柱面弧长子增量技术,跟踪了节点在轴向荷载作用下的荷载-位移曲线。通过计算发现,焊接空心球节点在轴向受拉荷载作用下为强度破坏,而在轴向受压荷载作用下为弹塑性压曲破坏,两者均与钢材的设计强度有关。最后,在对32组受拉节点和32组受压节点承载力回归分析的基础上,提出了球外径适用范围为160～900mm的焊接空心球节点承载力计算公式。     

钢框架带悬臂梁段拼接节点的承载特性分析

通过有限元计算研究钢框架带悬臂梁段等强拼接节点与可滑移拼接节点的承载特性,得到两者的弯矩一转角曲线和变形、破坏形态,分析不同拼接强度对节点承载性能的影响。经过分析发现虽然可滑移拼接节点的梁翼缘腹板拼接均有所削弱,但其极限承载力并未降低,且转动能力比等强拼接节点提高34．8％;进一步对可滑移拼接节点的变形进行分析,发现滑移能显著提高节点的塑性转角,并给出滑移对转角贡献的公式,与有限元计算结果吻合较好。在对比分析的基础上,给出钢框架带悬臂梁段拼接节点的“强焊弱栓”设计建议,供设计参考。     

下伏空洞岩石地基极限承载力计算方法研究

针对岩溶区下伏空洞嵌岩桩桩端岩石地基极限承载力问题,进行了下伏空洞桩端岩石地基的破坏模式分析。基于Hoek-Brown强度准则剪应力形式,理论推导出不同顶板厚度下下伏空洞岩石地基及完整岩石地基极限承载力计算方法。当顶板厚度为1~3倍桩径时,采用极限分析上限原理推导了冲切破坏模式下泛函形式的下伏空洞岩石地基极限承载力表达式。运用变分原理得到冲切破坏线方程,进一步利用偏导求得了下伏空洞岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度大于5倍桩径时,采用特征线法推导出塑性破坏模式下完整岩石地基极限承载力计算公式。当顶板厚度为4倍桩径时,利用完整岩石地基极限承载力与承载比理论,采用S型生长曲线拟合出冲切剪压复合破坏模式下的极限承载力值。通过与1~5倍厚径比条件下的下伏空洞岩石地基极限承载力室内模型试验结果对比,计算值与实验所得数据吻合良好。     

KK型搭接方管节点极限承载力的非线性有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS对KK型搭接方管节点进行了弹塑性大挠度分析,研究了方管节点的极限承载力和塑性区扩展过程,揭示了节点的破坏机理和破坏模式,获得了节点的极限承载力和极限承载力随着节点几何参数的变化规律。2种荷载工况下节点性能的对比分析结果表明,绝大多数节点的极限承载力和几何参数对节点极限承载力的影响规律基本相同。通过多元线性回归,得出了体现主要几何参数影响的节点极限承载力计算公式,将回归公式与有限元计算结果进行了对比分析,验证了公式具有较好的精度,可供工程设计参考应用。