考虑钢-砼接触特征的CFST管节点热点应力分析

为研究不同钢-砼界面接触特征下钢管混凝土桁架焊接管节点局部应力分布及热点应力集中系数,以钢管混凝土桁架Y型焊接管节点（主管与支管夹角θ=60°）为研究对象,利用ANSYS有限元软件,选择其Solid45、Mass21、Targe170和Conta173单元建立管节点有限元模型,引入非线性面-面接触关系模拟局部变形导致钢管与内填混凝土之间发生相互挤压或脱离,计算得到钢管与内填混凝土接触间隙、侵入深度、法向接触应力和切向摩擦应力等局部接触变形及应力状态。分析了3种摩擦系数下(0,0.35,0.60),主管及支管的热点应力集中系数（SCF）分布。研究结果表明：主管焊趾处热点应力SCF在冠跟处出现最小值,在鞍点和冠趾之间的中点出现最大值;与主管相比,支管SCF总体较小,冠跟处出现最小值,鞍点和冠趾之间出现最大值。支管轴向拉力作用下Y型管节点焊缝附近钢、砼相互脱开,冠点附近比鞍点附近脱空区域大,鞍点脱空区域外围是钢管和混凝土接触挤压最剧烈区域,接触法向压力最大,混凝土对钢管支撑作用最明显。摩擦系数对管节点热点应力集中系数分布趋势影响很小,对SCF最大值有一定影响。     

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。     

受压弦管填充混凝土的矩形钢管桁架静力性能分析

为了研究弦管填充混凝土对矩形钢管桁架结构受力性能的影响,以受压弦管填充混凝土的矩形钢管桁架梁为研究对象,采用有限元数值模拟的方法,综合考虑材料非线性和几何非线性,分析了模型在节点荷载作用下结构的应力和变形分布、塑性发展和破坏模式。结果表明：下弦空管节点应力集中现象较明显,其承载能力是整个桁架承载能力的瓶颈;桁架的破坏模式是下弦空管节点塑性变形过大;弦管填充混凝土的节点变形和应力均很小,其承载能力较空弦管节点提高较大,受压弦管填充混凝土的矩形钢管桁架延性较好。     

基于总应变裂缝本构的矩形钢管-钢管混凝土组合桁架静力性能分析

基于约束混凝土的总应变裂缝本构模型,利用大型通用有限元程序MIDAS/FEA建立了空钢管桁架、钢管-钢管混凝土组合桁架和钢管混凝土桁架的有限元模型,进行约束混凝土本构模型的有效性验证及试验桁架静力性能分析。结果表明,文中有限元模型能较好地反映钢管-钢管混凝土组合桁架的静力性能,可以对影响组合桁架静力性能的各种参数进行分析。桁架破坏均发生在节点部位,但节点失效模式不同,主管内填混凝土改变了节点的失效模式。桁架的极限承载力均受到节点控制,主管内填混凝土能够有效提高桁架节点的强度和刚度,从而提高桁架的承载能力,减小桁架的整体变形。     

高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲T型节点试验

为考察支主管间设置的加劲板构造和支主管截面宽度比对高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点破坏模式、承载力、连接区应力和应变的分布及演化等受力性能的影响,对加劲节点和常规节点进行了支管轴压静力加载试验.试验结果表明:高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点的典型破坏模式有连接区主管受压上翼缘凹陷、主管腹板凸曲、主管弯曲、支管侧倾失稳、加劲板屈曲、支主管焊缝开裂和加劲板与支管焊缝开裂等.常规节点的承载力取决于支管根部及其焊缝的承载强度和连接区主管上翼缘的局部承压强度,其荷载-位移曲线形成流塑平台.加劲节点的承载力取决于包括加劲板扩散效应的支管根部及其焊缝的承载强度、连接区主管上翼缘扩散承压强度和加劲板屈曲强度,其荷载-位移曲线呈渐变上升趋势,没有屈服平台.加劲板明显提高了T型节点的承载力,加劲节点的屈服承载力和极限承载力较常规节点分别提高10.0%~40.0％和15.0％~48.3％,加劲节点的承载力随支主管截面宽度比的增加而提高.     

主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响

为研究主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响,探讨主管内填混凝土矩形钢管节点的受力机理,对比分析了主管内填混凝土矩形钢管节点和空钢管节点的受压、受拉和受弯性能,结果表明主管内填混凝土能够改善节点的受力性能,显著提高矩形钢管受压节点的承载力,受压节点的破坏模式转变为横向局部承压破坏;对矩形钢管受拉节点承载力提高不明显...     

风力发电机塔架K型相贯节点静力性能试验研究

对4个钢管混凝土风力发电机塔架K型相贯节点进行了单调静力加载试验,同时进行了1个钢管K型相贯节点的对比试验.研究了这两种相贯节点的破坏机理和破坏特征、节点进入塑性后的变形发展过程以及相贯线附近的复杂应力状态和分布规律.试验结果表明:由于混凝土的存在,钢管混凝土相贯节点的失效模式与空钢管相贯节点完全不同,钢管混凝土节点发生了受压腹杆的局部屈曲和整体弯曲,塔柱管壁没有明显塑性变形;而空钢管节点的失效模式为塔柱钢管表面塑性失效.两种节点在相贯线附近的应力分布也不相同,钢管混凝土相贯节点在受拉腹杆接头处鞍点位置的应力最为集中,远超过钢材的屈服强度,其他测点处仍处于弹性受力阶段;空钢管相贯节点在相贯线附近的测点均屈服,应力峰值在冠点附近.本次试验结论可为钢管混凝土K形焊接相贯节点的设计提供参考.     

环口板加固T型圆钢管节点的应力集中系数

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象。局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏。在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅(S-N曲线方法)确定其疲劳寿命。在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围的应力集中系数。本文对4个环口板加固T型圆钢管节点试件以及相应的4个未加固试件的应力集中系数进行了试验研究。通过试验测试和结果分析,得到了轴向荷载下环口板加固试件及未加固试件沿焊缝的应力集中系数分布,通过比较发现,环口板加固后的T节点试件的应力集中系数相对于未加固试件有明显减小,说明这种加固措施可以提高管节点的疲劳寿命。     

支主管连接位置对矩形钢管T型节点面外受弯性能的影响

以某方钢管空腹桁架人行天桥T型节点为工程背景,根据实际工程中平联与方钢管桁架弦管存在顶部、中间和底部3种不同连接位置的情况,建立有限元模型,探讨了3种连接位置对矩形钢管T型节点面外受弯性能的影响。在面外弯矩作用下,3种连接节点易发生弦管表面屈服失效和压跛破坏。相比较中间连接节点而言,底部、顶部连接节点的应力集中更为明显,塑性区域发展更快;且弦管表面局部变形更大,节点的整体刚度更小;极限承载力降低约26%。分析结果表明:中间连接节点的面外受弯性能较顶部、底部连接节点要好。3种连接位置节点的极限承载力随着支主管宽度比β增大而增大,但中间连接节点的极限承载力始终大于顶部、底部连接节点;当β值接近于1.0时,节点极限承载力也接近相等。     

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。     

CFRP加固X型圆钢管相贯节点焊缝极限承载力研究

为研究碳纤维增强塑料（CFRP）对X型圆钢管相贯节点的影响,对ABAQUS有限元软件进行二次开发,运用Fortran语言将VGM模型编译成VUSDFLD子程序对90个节点模型进行有限元分析,并研究支主管外径比β、主管径厚比γ、CFRP黏贴长度与主管直径之比L、CFRP黏贴层数n对节点承载力的影响.结果表明：CFRP可以减小节点的应力集中,提高节点的承载力,节点开裂会发生在相贯线鞍点焊缝内侧与支管相交的焊根处,随着荷载增加,裂纹会从焊缝鞍点沿着相贯线向冠点发展.对节点进行参数分析可以发现：随着γ的增加,节点极限承载力逐渐减小;随着β的增大,节点极限承载力逐渐增加;随着n和L的增加,节点极限承载力会有所提高.本文节点的破坏发生在焊缝,提出CFRP加固X型圆钢管相贯节点焊缝承载力建议公式,对比有限元结果可以发现,节点主管壁厚较小,支管外径较大时,拟合公式的结果存在不安全.     

空间钢管-板XX型节点静力性能参数分析

采用计算机模拟仿真方法,对空间钢管-板XX型节点进行参数分析。研究了不同的支管加载比例、几何参数和主管应力比对空间钢管-板XX型节点的破坏模式和极限承载力的影响。结果表明：节点板间的夹角不同时,支管加载比例对节点极限承载力的影响规律有很大差异;主管应力比无论正负均会引起节点极限承载力的降低。在此基础上,通过对数值结果的回归分析,考虑了节点板间的夹角和支管加载比例的空间影响效应,提出适用于该类节点的极限承载力公式。     

轻型码头结构提高疲劳寿命的方法研究

结合大连新港新建30万吨级(兼靠45万吨)进口原油码头工程,研究离岸深水港码头导管架结构在系泊船舶撞击下的疲劳损伤.采用通用有限元程序ANSYS计算船舶撞击作用下导管架平台的内力与结构构件的名义应力,通过应力集中系数换算,得到管节点的热点应力.采用挪威船级社(DNV)规范的S-N曲线对该热点应力进行校核,从而获得码头导管架在船舶撞击作用下的疲劳寿命.通过对比疲劳寿命的计算结果可知,采用灌浆管节点,可有效降低管节点的应力集中系数,提高结构的疲劳寿命.     

大跨越钢管塔K型节点滞回性能分析

应用Abaqus软件对大跨越钢管塔中常见的K型节点进行了抗震性能数值试验研究,分析了主、支管直径、节点板厚度、主管轴心压力、连接插板厚度及支管间隙尺寸等不同参数变化对K型节点抗震性能的影响,得到了节点的滞回性能曲线、骨架曲线和耗能能力。研究表明:钢管节点本身具有良好的抗震性能;当主管轴向压力增大时,节点抗震性能下降明显,节点因应力集中易发生破坏;增加主、支管直径和节点板厚度对提高圆管节点抗震性能效果较显著;支管间隙尺寸对节点滞回性能改良效果不明显。     

双拱结构X型钢管相贯节点试验研究

结合曹娥江新型双拱空间钢管结构闸门工程,对3种X型相贯节点形式（无加强、肋板加强型和套管加强型）进行了静载和反复加载试验.通过分析静载试验数据发现,相对于无加强节点试件,肋板加强型节点试件极限荷载提高不是很显著,套管加强型节点试件极限荷载提高较大.两种加强措施对于节点的局部应力减小作用不大.从极限荷载和局部应力两方面比较可知,对于支管的轴向刚度大于主管的径向刚度的节点,主管管壁的加强（套管加强型）是一种较为合适的方法.通过分析反复加载试验数据也发现,3种形式节点的滞回曲线都比较丰满,节点的延性较好,反复加载和单向加载节点试件的破坏形式相近.     

N型圆钢管加强节点的试验研究与数值模拟

对承受支管轴力和主管轴力的N型圆钢管相贯节点(JD-A)、主管填充混凝土节点(JD-B)试件进行了极限承载力对比试验.综合比较了两种节点在破坏模式、受压支管轴力-主管管壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载力等方面的差异.研究结果表明,对主管填充混凝土能显著提高节点极限承载力.通过计算可知,试验极限承载力与有限元结果的比值在1.02左右,JD-A试件的试验结果与我国规范公式承载力计算结果的比值为1.04.     

钢管混凝土柱节点开孔后的抗压性能

通过9根钢管混凝土试件的轴心受压试验,研究在钢管混凝土结构梁柱节点处开孔对钢管混凝土柱的轴压性能的影响及在开孔处设置加强环和加劲肋的增强作用,分析了开孔形状、开孔位置及加强环和加劲肋布置方法等对钢管混凝土柱轴心性能的影响。研究结果表明:所有试件均在端部和靠近加强环处出现钢管局部鼓曲;钢管壁开孔降低了节点处钢管对混凝土的约束刚度,但由于加强环和加劲肋的增强作用,钢管壁开孔对钢管混凝土柱的轴心受压承载力影响不明显。在试验研究的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS对钢管混凝土节点处开孔后的钢管混凝土柱的轴压性能进行研究,分析钢管纵、环向应力及混凝土纵向应力沿钢管混凝土柱的分布特征.     

K型外套强化矩管桁架节点滞回性能与恢复力模型

为研究焊接外套强化K型矩管桁架节点滞回性能与恢复力模型,基于ADINA,采用引入微动力阻尼系数的非线性Full Newton-Raphson方法进行了节点滞回承载能力数值分析。考虑材料弹塑性、屈曲大变形、撕裂失效等非线性影响因素,得出了用以评价节点抗震性能的骨架曲线、延性系数等主要指标;结合外套管长度、厚度和支管与主管的宽度比等主要影响参数,分析了外套强化节点滞回性能的变化规律,进一步提出节点恢复力模型。     

X形圆钢管相贯节点的轴向滞回性能

为了研究X形圆钢管相贯节点在支管轴向荷载作用下的抗震性能,进行了节点在支管轴向往复荷载作用下的试验,分析了节点的延性和耗能模式,以及节点轴拉承载力和轴压承载力之间的差异.研究结果表明:节点的破坏模式为相贯线附近主管管壁塑性软化后开裂破坏;节点的轴力—局部变形滞回曲线饱满,表现出良好的变形能力和延性;节点主要通过相贯线附...     

K型钢管-板节点的极限承载力研究

采用有限元分析软件建立K型钢管-板节点有限元模型,验证了有限元模型的合理性,重点研究各个参数对节点极限承载力的影响规律.基于有限元分析结果,在归纳总结了节点板长度与主管直径比(α=L_p/D)、主管径厚比(γ=D/T)、节点板厚度与主管壁厚比(τ_1=t_p/T)、加劲板厚度(t_d)、主管轴向应力比(η=P_v/Af_y)及主支管的加载比例对节点极限承载力影响的基础上,提出带有加劲板的K型钢管-板节点极限承载力公式.