角钢塔K形节点弯矩-转角曲线研究

为研究特高压角钢输电塔K形节点的弯矩-转角关系,进行了5个足尺的节点试验.试验结果表明:此类节点通常因连接主角钢和节点板的螺栓被剪断而达到极限弯矩.参数分析表明:在其他条件相同的情况下,螺栓个数对节点的极限弯矩和初始转动刚度影响很大;此类节点的形状系数的分布范围为1.97～2.10,绝大部分集中在2附近.并拟合出以上各参数的计算公式.对比表明,Kishi-Chen幂函数模型能够较准确地反映此类节点的弯矩-转角关系.     

考虑节点滑移时采动区输电铁塔基础的位移限值

依据输电铁塔的螺栓连接角钢节点的加工制作和受力特征,分析了螺栓连接节点的3种受力状态;在总结已有试验结果的基础上,提出了螺栓连接角钢节点滑移变形过程的简化四阶段线性力学模型;建立了考虑节点轴向滑移变形的输电铁塔整体有限元计算模型,分析得到了铁塔在正常运行工况和典型地表变形组合作用下的基础位移极限值.研究表明:考虑节点滑移后,对铁塔在各典型工况下的最终破坏形态没有显著影响,但铁塔斜材的轴力变化规律比无滑移模型更接近比例模型试验的情况;在相同工况下,不考虑节点滑移的分析结果过于保守,这说明可采用考虑节点滑移的模型来计算采动区输电铁塔的基础位移极限值.     

异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点抗震性能研究

为研究异形钢管混凝土组合柱-钢梁顶底角钢连接节点的抗震性能,对节点试件进行低周往复荷载试验及ANSYS非线性有限元分析.结果表明:破坏源于节点区钢梁翼缘屈曲,顶底角钢屈服形成塑性铰,节点产生大转动变形;各试件滞回曲线较为饱满,呈倒“S”形,延性系数均大于2.55,节点具有较好的耗能能力;角钢厚度、高强螺栓直径对节点承载力和变形能力影响显著,增大角钢厚度及高强螺栓直径,节点延性系数略有降低,但极限承载力明显提高;有限元节点应力分布及破坏特征与试验现象基本一致,屈服承载力、极限承载力有限元计算值与试验值吻合较好;轴压比对节点抗震性能影响较小,相较于螺栓性能等级,钢材强度等级对节点刚度及承载力影响更为显著.     

顶底角钢连接节点的非线性有限元分析

对采用顶底角钢连接的半刚性钢梁柱连接节点进行了精细的三维非线性有限元分析,在与实验数据对比的基础上,对影响该连接性能的主要参数如螺栓预拉力、摩擦系数、角钢厚度、柱翼缘连接螺栓与梁翼缘间的距离等进行了分析,得到了其弯矩-转角曲线.     

输电塔主材双包连接节点螺栓不均匀受剪研究

依据钢结构理论阐明了输电塔主材双包节点螺栓的双重不均匀受剪原理,通过精细化数值分析验证了理论的有效性和可靠性,结合参数分析和钢结构计算原理推导了主材双包节点螺栓不均匀受剪的计算方法。结果表明:双包连接螺栓的受剪主要表现为双重不均匀性,一方面为螺栓纵向受剪不均匀性,即端部螺栓承担主要的内力,中间部位螺栓受力较小;另一方面由于轴力对螺栓双剪面的偏心弯矩以及内包角钢和外贴节点板连接刚度的较大差异,使得螺栓的两个剪切面受剪不均匀,即螺栓横向受剪不均匀性。输电塔结构设计中未考虑双包螺栓的横向受剪不均匀性,低估了螺栓的最不利剪力,偏于不安全。研究结论可以用于指导工程实践,对输电塔结构设计的发展具有重要意义。     

基于光纤传感器的输电杆塔角钢应变在线监测研究

针对目前输电杆塔结构应力-应变监测方法中存在较大测量误差的问题,从提高输电杆塔角钢应变的测量精度出发,基于光纤光栅传感器提出一种考虑传感器在角钢表面安装位置及安装方式的输电杆塔角钢应变精准在线监测方法。首先,对输电杆塔角钢表面不同位置的应变分布特性进行有限元仿真分析;其次,根据输电杆塔结构中L角钢的形状特点,设计了一种可拆卸手环式的L型传感器固定夹具,对比分析了传感器不同安装方式对角钢应变测量精度的影响;最后,利用该方法设计了输电杆塔角钢应变在线监测系统。对某220 kV输电线路杆塔薄弱位置角钢进行应变数据实测分析,结果表明：实测数据和有限元仿真数据应变测量误差小于1.5×10^-5,相对误差小于6.28%。研究结果为输电杆塔结构健康状态精准在线监测提供了参考依据,具有较高的工程实用价值。     

顶底角钢带腹板双角钢半刚性连接的试验研究

通过5个原型试件在循环荷载作用下的拟静力试验,分析了各种节点的能量耗散机制.这些节点是在钢框架中的顶底角钢半刚性连接和顶底角钢带腹板半刚性连接.通过试验测量,梁柱节点重点部位的应变情况和节点域加劲板的变形情况,给出了各类型节点的M-θr滞回曲线,计算了节点初始转动刚度R0、试验终止时的节点弯矩Mmax, 试验终止时节点转角θr和梁截面塑性弯矩Mpb.所得结论对工程设计和施工将具有重要的指导意义.     

顶底角钢带腹板双角钢半刚性连接的试验研究

通过5个原型试件在循环荷载作用下的拟静力试验，分析了各种节点的能量耗散机制。这些节点是在钢框架中的顶底角钢半刚性连接和顶底角钢带腹板半刚性连接。通过试验测量，梁柱节点重点部位的应变情况和节点域加劲板的变形情况，给出了各类型节点的M-θr滞回曲线，计算了节点初始转动刚度R0、试验终止时的节点弯矩Mmax，试验终止时节点转角θr和梁截面塑性弯矩Mpb。所得结论对工程设计和施工将具有重要的指导意义。     

新型梁柱拼接外套筒式节点抗震性能研究

为解决传统方钢管柱-H型钢梁连接节点焊缝量较大、装配不便和抗震性能较差等问题,提出了一种新型梁柱拼接外套筒式节点.通过足尺寸拟静力试验和ABAQUS有限元模拟,考察了节点的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线和耗能性能等,并分析了轴压比、角钢及加劲肋板厚、外套筒板厚3个参数对其抗震性能的影响.结果表明:该节点在循环加载后期梁端出现了塑性铰,符合"强柱弱梁,强节点弱杆件"的设计原则;节点滞回曲线较为饱满,延性系数达到9.06,耗能系数为0.264～0.328,新型节点抗震性能良好;角钢及加劲肋板厚是影响节点抗震性能的重要因素,在12 mm厚度时得到最优线位移延性系数为11.24.     

面向对象工程规范计算软件的架构与实现

为了找出关键节点的计算方法,实现节点的快速计算,以单双角钢变换节点为算例,建立相应的力学模型;通过理论推导,得到水平连接板厚的计算方法及节点载荷的传递系数。利用Visual Basic.Net编程语言将理论推导得到的计算方法编写成计算程序,完成单双角钢变换节点的快速计算;并通过APDL语言建立节点的有限元模型,结合Visual Basic.Net形成有限元接口程序,实现节点的快速校核。参照单双角钢变换节点计算校核程序的编制思路,提出一种铁塔关键节点计算校核程序的实现方法,形成了铁塔关键节点计算分析软件。计算结果表明:节点的计算效率提高了90%。     

复合荷载作用下TX型方管节点静力性能试验研究

对两个TX型方钢管相贯节点进行了轴力、弯矩共同作用下的静力试验研究.通过对试验现象的分析,研究了节点的破坏特征、应力分布规律、抗弯刚度以及极限承载力等静力性能.试验结果表明:当主管受压时,节点的抗弯刚度相比主管受拉的情况会有所降低.圆角处的焊缝往往较早出现裂缝,使得节点强度难以充分利用.在设计中,如果要将节点视为刚性,需要采取一定的加劲措施,并在施工和加工过程中确保焊缝质量.     

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。     

矩形钢管焊接球节点的有限元分析与试验研究

为了解轴力、弯矩及两者共同作用下矩形钢管焊接空心球节点的受力性能与承载能力，进行了有限元分析和试验研究.采用理想弹塑性应力-应变关系、Von-Mises屈服准则，建立了基于几何非线性的有限元模型，对承受轴力、弯矩及它们共同作用的矩形钢管焊接球节点进行了大量的有限元参数分析.对4个典型足尺节点进行了试验研究，直观了解节点的受力性能和破坏机理，并验证了有限元模型的可靠性.研究表明，轴力和弯矩共同作用的焊接球节点的轴力-弯矩相关关系与节点的几何参数无关，极大地简化节点承载力的计算方法.     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱-钢梁节点的静力性能

目的通过研究找出两类内置CFRP圆管方钢管高强混凝土柱-钢梁节点在单调荷载作用下的传力机制和破坏模态．方法设计了一栋采用内置CFRP圆管的方钢管混凝土柱的5层框架结构,利用有限元软件ABAQUS建立了三维有限元模型,对两类节点进行了单调荷载作用下的模拟分析．结果外加强环式节点的梁端弯矩主要通过柱角附近的水平环板和柱两侧外伸环板传递给柱壁和核心混凝土,水平环板有效宽度大约为0．5倍的柱宽度．外肋环板式节点的极限位移均大于外加强环式节点,尤其是外肋宽度大于40mm时更为明显．外肋环板式节点的极限承载力也高于外加强环式节点．结论设计节点的破坏主要原因是环板和钢梁翼缘交接位置出现局部屈曲,节点的极限承载力取决于梁的抗弯承载力,变截面位置作为整个节点危险部位,在设计中应进行计算和校核．     

在役钢板组合梁桥的时变体系冗余性

为研究多梁式钢板组合梁桥应对非对称极端作用的体系非线性冗余性能，沿着结构的传力路径和体系的再平衡过程，辨识了体系承载的3种弯曲失效模式，推导了体系弹性分配和塑性再分配能力的定量评价新指标，建立了考虑承载机制经时变异性的时变体系冗余性评估方法。基于MATLAB/OpenSEES编制了单元纤维的时变演化参数组管理程序，研究了材料劣化对体系再平衡和内力重分配性能的影响规律；采用数值增量算法，开展了结构在非对称荷载下的弹塑性全过程分析，并通过与构件-体系层次的破坏性试验对比验证了数值模型的准确性，进而建立了基于纤维宏单元的时变体系非线性冗余数值模拟方法。研究结果表明：材料劣化会导致体系从多梁协同承载机制向单梁承载机制转换，并引起构件延性、体系冗余性和可靠性发生不同程度的退化；更适应现场快速装配需求的少主梁或少横联形式容易在服役年限出现构件安全性和体系冗余性不足的情况。主梁、中部横联和端部横联的失效对体系承载性能影响较大，为钢板组合梁桥的关键构件，其他横联的敏感性较低，为非关键构件。     

热弯钢管CFST-外包RC复合节点受力性能

为研究某体育馆新型复合节点的受力性能,以该体育馆大跨桁架结构弦杆钢管弯曲后竖直插入地下钢筋混凝土框架柱的拱脚为原型,设计了3个采用热弯圆钢管的CFST-外包RC组合节点,进行了节点在弦杆受压、腹杆受拉的复杂受力下加载试验与有限元数值模拟,研究了热弯钢管残余应力、不同弯曲角度以及弦杆根部钢管内是否填充混凝土等对节点破坏形态、承载能力等受力性能的影响。结果表明：热弯钢管CFST-外包RC组合节点的破坏形态主要为弦杆根部钢管的屈曲破坏,节点承载力取决于弦杆根部受压承载力;钢管热弯产生的残余应力降低了节点刚度且钢管弯曲角度越大节点刚度降低越大,但对承载力基本没有影响;钢管内填混凝土可以显著提高节点刚度和承载力,节点刚度和承载力随钢管直径增大而增大。     

不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能试验研究

为研究不同连接形式的装配式混凝土梁柱节点受力性能,对1个现浇混凝土节点和2个装配式混凝土梁柱节点试件进行循环往复加载试验,分析节点的破坏特征、梁端弯矩—转角、节点核心区剪力—梁端转角、刚度退化、钢板的应变等。结果表明：方钢管连接的装配式混凝土节点呈梁端弯曲破坏,设置端板和水平连接板的装配式节点和现浇节点呈节点核心区剪切破坏。装配式节点的梁端弯矩和节点剪力显著提高,梁端转角显著增加,节点核心区剪切变形减小,刚度退化变缓,受力性能得到明显改善。在节点核心区设置方钢管和十字隔板作为钢骨架的节点受力性能最佳,远优于现浇节点。在节点核心区加入钢连接件,预制梁端设置预埋工字钢,现场采用焊接或者栓接装配,后浇连接区混凝土,这种连接形式能够有效传力,提升装配式节点的受力性能。     

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.     

PBL 加劲型矩形钢管混凝土不等宽 T型节点应力集中系数分析

为研究开孔钢板连接件（PBL ）加劲型矩形钢管混凝土 T 型节点的疲劳性能,进行了 T 型节点支管受拉、面内受弯及面外受弯的应力集中系数分析。基于矩形钢管混凝土 T 型节点受拉试验,设计了主管为矩形钢管、矩形钢管混凝土和PB L加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的T型节点受拉试件,并采用ABAQUS软件对其进行非线性有限元分析,其中主管钢管宽厚比为27,支主管宽度比为0．4。通过非线性有限元数值模拟,分析热点可能出现位置,并采用二次外推法计算得到支主管的应力集中系数。结果表明：PB L加劲型矩形钢管混凝土节点热点出现位置与矩形钢管节点和矩形钢管混凝土节点一致;与矩形钢管混凝土节点相比,PB L加劲型矩形钢管混凝土节点的应力集中系数显著降低,抗疲劳性能明显提高。     

波形钢腹板高墩大跨径连续刚构桥动力特性及地震反应谱分析

为研究波形钢腹板曲线连续刚构桥动力特性和抗震性能,利用 MIDAS Civil 建立不同腹板曲线连续刚构桥计算模型,再分别改变桩基边界约束和激励角度,对比分析其自振特性和抗震性能变化规律。计算结果表明:考虑桩土效应时,结构柔度更大,自振周期更长;桩基固结时,波形钢腹板刚构桥竖向刚度减弱,而横向刚度有所增加;桩基约束对波形钢腹板刚构桥振型影响更明显,混凝土桥梁在不同约束时振型变化趋势较为一致;随着地震激励角度变化,控制截面内力均先减小后增大,横桥向则相反,而墩顶和跨中位移相差不大,对比控制截面内力及位移可见,波形钢腹板曲线刚构桥抗震性能更好。