有限元方法在异形截面螺栓连接节点设计中的应用

国外项目钢结构中的现场连接节点几乎都是采用螺栓连接。但异形截面螺栓连接节点设计中,往往会因截面异形,节点受力异常复杂,无法采用常规方法进行设计,故采用考虑接触的非线性有限元方法进行分析。对国外某项目中的关键节点进行了受力分析,总结了有限元方法在异形截面螺栓连接节点模拟分析中的一般步骤及方法。     

异形空心构件螺栓端板连接节点设计与制作

国外某高铁站屋盖钢结构的主要构件采用十字形、U形等异形截面,主要节点均采用摩擦型高强螺栓端板连接,具有避免现场焊接、安装方便和施工快捷等优点。但由于采用内法兰连接时在端板附近要开手孔,会削弱构件在端板附近的截面尺寸,导致节点受力异常复杂。采用常规计算方法无法准确评估手孔对节点承载能力的影响,故采用考虑接触和螺栓预拉力的非线性有限元方法进行分析。对结构中3种关键螺栓端板连接进行了受力分析,总结出节点的受力性能和破坏形式,供结构设计与施工参考。     

外伸式端板螺栓连接节点的有限元分析

利用有限元ANSYS对外伸式端板螺栓连接节点受力性能进行了分析,从改变端板厚度和螺栓直径方面进行了节点受力性能研究,提出了钢框架结构设计节点时可按构造形式划分螺栓受力模型。     

超大承载力端板连接节点有限元分析和设计方法

超大承载力端板连接节点能够提供比普通构造的端板连接节点和大承载力端板连接节点更大的抗弯承载力,可以应用于大跨或重载钢结构中。由于超大承载力端板连接节点的螺栓拉力分布不均匀、端板受力状态复杂,现有的端板连接节点设计方法不能直接应用。此文建立超大承载力端板连接节点的有限元模型,通过已有试验验证模型的可靠性|利用有限元模型分析单调荷载下超大承载力端板连接节点的受力性能,提出弯矩作用下受拉区端板的屈服线模型和受拉区螺栓承担拉力的分布模型。在所提模型的基础上基于我国规范提出超大承载力端板连接节点的抗弯承载力设计方法。比较所提设计方法得到的节点抗弯承载力设计值与有限元得到的屈服承载力,在我国规范规定的高强度螺栓受拉极限状态条件下所提方法得到的设计结果偏于安全。     

不同排列伸展螺栓端板半刚性节点的三维非线性分析

对钢结构中不同排列的伸展螺栓端板这种半刚性连接节点采用非线性有限元分析 ,对连接中的主要构件 :端板、高强螺栓、梁翼缘、柱翼缘以及连接接触进行三维非线性有限元精细模拟 ,针对不同的尺寸和截面进行比较分析 ,探讨了螺栓端板半刚性连接的受力性能     

异形空心构件螺栓端板连接节点受力机理及性能研究

结合国外某火车站站房钢结构异形构件,采用有限元接触单元研究了十字形端板连接节点的受力特点。首先介绍节点在单向荷载作用下不同位置螺栓的受力情况,并通过改变节点构件的尺寸及螺栓预紧力研究节点不同的失效模式;其次考察节点在往复加载下的受力性能,研究立柱板件厚度、端板厚度及螺栓预紧力的影响。本文的计算结果指出该节点的设计应考虑各构件之间的强度匹配,以保证节点具有足够的承载力及优良的耗能能力。     

半刚性端板连接节点性能的非线性有限元分析

采用三维接触单元来模拟端板与柱翼缘的接触面,预应力单元来模拟螺栓的预拉力,对半刚性端板连接节点性能进行了非线性有限元分析。计算结果的比较分析表明,节点域加劲肋、端板加劲肋、端板厚度、螺栓预拉力、应力集中等因素对半刚性端板连接节点域的受力性能均有较大影响。建议在设计中采取相应构造措施,考虑端板节点半刚性的不利影响。     

CFST柱-钢梁单边螺栓端板连接节点受力机理研究

钢管混凝土(CFST)柱-钢梁单边螺栓端板连接是一种新型的节点连接形式,具有施工便捷、力学性能可靠等特点。在进行此类连接半刚性设计和结构受力分析时,需要明确其受力机理,从而避免节点发生脆性破坏。为便于分析此类节点受力机理,可通过合理有限元分析模型来研究节点中各组件的受力模态。根据受力模态结构将各组件依照其承担的角色进行归类,在此基础上结合历次试验中节点破坏的试验现象,总结理想节点的破坏顺序,以满足工程中此类理想节点为设计。     

冷弯型钢梁柱抗弯节点受力性能的影响

采用有限元分析方法,以螺栓直径和螺栓间距、C型钢屈服强度、厚度和截面高度、节点板厚度等为参数,建立梁柱抗弯节点的三维非线性有限元模型,对影响节点受力性能的因素进行了分析,并在此基础上对这种连接节点提出了设计建议。     

门式刚架轻型房屋钢结构端板连接的有限元与试验分析

结合门式刚架轻型房屋钢结构中普遍应用的端板连接方式 ,本文对梁柱节点和梁拼接节点进行了试验和有限元分析 ,对外伸式端板连接的承载力和转动刚度特性进行了研究 ,讨论了我国现行规范关于外伸式端板连接的设计方法中存在的问题 ,同时给出了改进建议 ,特别是提出了在建立钢结构节点刚度分类标准方面应该注意的问题。根据比较分析的结果 ,本文还提出了一种新的外伸式端板连接螺栓拉力分布模型及相应的设计方法 ,试验证明 ,该方法在保证安全可靠的前提下 ,能够更好地符合螺栓端板连接的实际受力状态 ,发挥螺栓和端板的承载能力     

冷弯型钢梁柱抗弯节点受力性能的影响

本文采用有限元分析方法，以螺栓直径和螺栓间距、C型钢屈服强度、厚度和截面高度、节点板厚度等为参数。建立梁柱抗弯节点的三维非线形有限元模型，对影响节点受力性能的因素进行分析，并在此基础上对这种连接节点提出了设计建议。     

装配式钢筋混凝土梁柱构件连接技术研究

高强螺栓型钢连接节点是影响装配式混凝土梁柱节点抗震性能的关键连接部分。对高强螺栓型钢连接节点进行低周反复荷载试验以考察其受力特性,利用有限元软件ABAQUS建立数值分析模型并与试验结果进行验证对比,进而利用有限元模型进行参数分析,研究法兰板厚度、肋板长度、肋板厚度等参数对螺栓型钢连接节点的受力性能的影响,同时给出了针对这种连接节点的设计方法。     

超大承载力端板连接节点试验研究

在大跨或重载钢结构中,当梁柱之间需要采用螺栓连接时,如果普通构造的端板连接节点和大承载力端板连接节点不能满足承载力要求,则需要采用受拉区布置12颗或16颗螺栓的超大承载力端板连接节点。为研究该类型节点受力性能,进行4个超大承载力端板连接节点足尺试件的单调加载试验,得到各节点试件的弯矩-转角曲线,分析不同螺栓直径、端板厚度和螺栓布置形式下各节点的抗弯承载力、转动刚度和受拉区螺栓拉应变增量分布的特点。结果表明,在试验试件构造条件下超大承载力端板连接节点的弯曲失效模式为端板屈服后螺栓失效,端板厚度对节点承载力影响明显;各螺栓的拉应变增量分布不均匀,角部螺栓对节点抗弯承载力影响较小,建议在设计中移除或仅按抗剪螺栓考虑;建议节点域屈服承载力仍按照现行规范计算,该类节点的等效受拉螺栓数量取为7。     

多高层钢框架梁柱半刚性连接性能

对多高层钢结构框架梁柱半刚性连接的形式之一——外伸端板高强螺栓节点连接的受力性能及设计方法进行了介绍和分析,认为初始连接刚度仅与节点的构造形式有关,并总结了梁外伸端板厚度的计算方法.     

圆中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点试验及数值模拟

进行了4个圆中空夹层钢管混凝土中柱节点的低周反复加载试验,分析了端板类型和柱截面空心率的影响,研究了此类节点的破坏模式和滞回性能。通过有限元软件建立了节点数值分析模型。考虑了材料本构关系和复杂接触问题,对此类节点进行了受力性能分析。分析结果与试验结果对比吻合较好。研究结果表明:圆中空夹层钢管混凝土柱单边螺栓端板连接节点具有良好的滞回性能、延性和耗能能力;根据欧洲规范EC 3,此类节点呈现出半刚性、全强度的特性。研究成果将为圆中空夹层柱钢管混凝土柱结构的设计与工程应用提供一定的理论基础。     

外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

通过7个1∶2比例外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点的低周反复加载试验,研究不同螺栓数目、直径及排列方式的外伸式端板连接蜂窝钢梁-混凝土柱组合节点在各受力阶段的抗震性能和合理的节点构造形式。基于试验数据,分析了节点在反复荷载作用下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、延性和耗能性能等。试验结果表明：试件的破坏形态和变形与螺栓数目、直径及排列方式有关,外伸端板螺栓连接中螺栓数目多、直径大的节点连接形式的承载力高,抗震性能较好;8个端板螺栓4行2列的排列形式为最合理的抗震节点形式;外伸端板螺栓数量为8个时的延性和耗能性能都能满足抗震的要求。     

半刚性端板节点在循环荷载作用下的非线性有限元分析

运用有限元数值分析软件ABAQUS建立半刚性端板节点模型,对其在循环荷载作用下进行非线性有限元分析,并与相应的试验结果进行了比较验证.结果表明:用ABAQUS建立的有限元模型能够准确地模拟端板节点在循环荷载作用下的整体受力性能,为进一步运用该模型对各种不同形式和构造的端板节点进行全面的有限元非线性参数分析计算提供了正确依据.并分析得出了端板厚度、螺栓直径、螺栓布置、端板加劲肋等因素对端板节点承载力、极限转动能力、耗能能力和延性的影响特性,为半刚性端板节点的抗震设计提供了参考依据.     

外伸端板连接节点撬力分布研究

撬力是外伸端板连接节点存在的不可忽略的影响因素,其大小和分布与连接节点外伸端板和螺栓的刚度、螺栓布置等因素有关,很难准确地量测。通过变化端距、栓距和端板厚度等建立了一系列有限元模型,对外伸端板连接节点撬力分布进行了分析研究。根据计算结果拟合了撬力分布模型,并提出撬力合力作用位置计算公式。分析了端板构造变化对撬力的影响,给出了端板构造设计建议。结果表明,撬力是分布在端板外伸部分的不均匀的面荷载,提出的撬力分布模型与有限元结果吻合良好。给出的撬力合力作用位置计算公式可反映不同构造形式对撬力作用位置的影响,使得设计更加精确。给出的端板构造设计建议可有效地减小撬力影响。研究结果可为工程设计提供参考。     

端板连接节点对门式刚架整体性能的影响分析

传统钢结构设计中将高强螺栓端板连接作为刚性节点,而实际情况下这种连接形式与计算结果有差异.采用有限元方法针对8种不同计算跨度的轻型门式刚架建立了三维整体有限元模型,分析了高强螺栓端板连接的节点刚度对门式刚架内力和位移的影响.计算结果表明,高强螺栓端板连接是一种半刚性连接形式,节点刚度对门式刚架整体结构的内力和变形将产生较大影响,在门式刚架的分析和设计中,应考虑节点半刚性的实际影响.     

带悬臂梁段端板连接装配式钢结构节点非线性静力分析

提出了一种适用于施工现场快速装配的带悬臂梁段的方钢管柱-H型钢梁拼接节点形式。将悬臂梁与H型钢梁的翼缘通过螺栓连接、腹板采用端板螺栓连接,不仅能够利用摩擦滑移、螺栓杆与孔壁的挤压耗能,同时又能利用受力时端板之间的顶紧作用有效的传递内力。通过变换端板厚度、螺栓孔径和翼缘拼接处螺栓个数3个参数,在考虑几何、材料和状态三重非线性的基础上,利用ANSYS软件,分析了此类节点的破坏模式及受力机理,得到了弯矩-转角曲线,并在此基础上对节点做了刚性评价;通过对此类节点的受力分析提出了一些参数设计建议:端板厚度取8~10 mm为宜,端板拼接处螺栓数取4~6个为宜,翼缘拼接处螺栓数取4~6个为宜。