钢管杆塔新型内外法兰受弯性能试验研究及有限元分析

提出了一种适用于钢管杆塔的内外法兰连接型式,阐述了该法兰的特点,对节点的设计进行了系统分析,提出了节点螺栓拉力计算模型,指出确定计算螺栓拉力旋转轴的位置是整个新型法兰的研究重点。为考察新型内外法兰的受力性能、节点破坏模式、内外圈螺栓拉力及法兰螺栓群的受力分界线,以白花洞钢管杆工程为背景,进行了2个缩尺法兰模型的静力试验。同时,对试验模型进行了非线性有限元分析,试验结果与有限元分析结果吻合较好,分析结果均表明：这种法兰构造合理、安全可靠,可用于实际工程。最后,结合试验与有限元参数分析结果,给出了内外法兰受弯时的设计方法,建议计算螺栓拉力的旋转轴位置可取在距钢管中心0.7r处(r为钢管半径)。     

输电钢管塔双层塔脚法兰受力性能试验研究及有限元分析

提出了一种适用于输电钢管塔塔脚的双层法兰节点连接型式,指出其上、下法兰板厚度的确定是该法兰节点设计的难点。为分析双层塔脚法兰的受力性能,以榕江大跨越塔工程为背景,设计了1：2.9缩尺模型试件进行静力试验,并对试验模型进行有限元非线性数值分析。结果表明：双层塔脚法兰受力合理,可用于实际工程;在进行双层塔脚法兰设计时,其螺栓、肋板及焊缝可按传统法兰设计;上、下法兰板厚度可按三边固支一边自由的矩形板受等效均布压力计算确定;鉴于上法兰板实际受力性能比等效均布荷载作用下差,其荷载应进行调整,建议调整系数取1.6;对于下法兰板,由于实际受力时三边约束与理论计算时存在差异,其厚度可以折减,建议折减系数取0.85。     

高颈法兰轴心受拉试验与有限元分析

以练塘至泗泾500 kV送电线路钢管塔结构中采用的高颈法兰为试验对象,开展了4类不同尺寸的12个高颈法兰的足尺模型静力试验和有限元参数分析;在试验和有限元参数分析结果的基础上,提出了相应的构造建议。结果表明:高颈法兰的极限承载力均能达到设计荷载的1.6倍以上,高颈法兰有较高的安全储备;法兰板厚度和法兰颈高度对高颈法兰的承载能力影响较大,增大法兰板的厚度和法兰颈的高度能提高法兰的整体刚度,有利于减小法兰板与法兰颈的应力;高颈法兰在试验过程中具有较高的承载能力,结构在破坏前均有明显的预兆,具有较高的安全储备,可在工程中推广应用。     

钢管塔锻造法兰受压性能试验研究

对4组12个足尺不等管径对接法兰进行了轴心受压及偏心受压试验,研究了不等管径对接法兰在不同强度级差加载时的受力性能。结果表明,每组3个试件的受力机理和破坏特征基本一致,大小管径对接法兰的变形主要集中在小管径一侧。试验中未发生法兰和对接焊缝的破坏,法兰及焊缝的承载力满足设计要求。试件由于靠近刚性法兰加劲肋处钢管鼓曲而破坏,其极限承载力超过承载力设计值的35%～54%。偏心受力会一定程度地降低试件的承载能力,但影响较小,基本在10%以内。对试验试件进行了非线性有限元分析,明确了法兰的破坏机理,了解了法兰的极限承载力。结果表明:受压状态下,对于不等管径法兰连接,带颈锻造法兰由受压为主逐渐转变为受弯为主,导致法兰颈部变坡提前进入屈服,降低了试件的承载力。     

装配式钢框架柱法兰栓焊连接节点受力性能试验研究与有限元分析

为研究一种新型法兰栓焊连接柱节点在多高层钢结构中的工程应用,对3个法兰连接足尺模型试件进行了静力加载试验,并建立ABAQUS有限元模型对其进行对比论证以及理论分析。分析结果表明：新型法兰栓焊连接节点受力性能良好,对比传统法兰连接节点其刚度和承载力均有所提升;新型法兰栓焊连接节点的破坏模式有所改善。得出了不同焊缝尺寸下新型法兰栓焊连接节点的螺栓与焊缝承受弯矩的受力分配比,试验结果与有限元分析结果具有较好的一致性。     

钢管塔法兰套管相贯节点真型试验研究及有限元分析

钢管塔法兰套管相贯节点的提出,有效地改善了现有大跨越钢管塔节点连接形式在强度、刚度与施工强度方面的不足。通过对TG180与TG273两种型号的法兰套管相贯节点进行轴拉与轴压工况试验和有限元模拟分析,所得数值分析结果与试验结果吻合良好。通过对比ABAQUS有限元模拟结果与真型节点试验结果,探讨两型号法兰套管相贯节点的破坏机理与极限承载力。     

新型锻造法兰抗弯承载性能的有限元分析

针对大尺寸的输电线路钢管杆塔,提出一种新型内外锻造法兰的节点形式,对该法兰节点在受弯情况下的特性和受力状态进行系统分析。以白花洞电杆为研究背景,利用有限元分析软件ANSYS进行非线性分析,重点考察新型内外锻造法兰的螺栓受拉情况和法兰盘受力情况,并研究主要参数对螺栓拉力的影响。通过研究得出该法兰的受弯性能和理想的参数组合,以供实际工程设计时参考。     

大跨越钢管塔内外法兰节点偏压承载力特性试验研究

传统刚性法兰仅在钢管外侧设置一圈连接螺栓,难以满足高度高、荷载大的大跨越钢管塔连接承载力要求。为此,提出一种新型内外双圈法兰节点,它克服了传统刚性法兰存在的不足。以某大跨越钢管塔为背景,设计了与内外法兰原型节点相对应的法兰缩尺模型,模拟实际偏压受力工况开展偏压荷载下内外法兰承载力特性的试验研究;测试分析主管及螺栓应变随荷载变化的情况,研究内外法兰截面的中和轴、旋转轴位置及内外螺栓内力分布规律。大偏压荷载作用下法兰板间发生张开,螺栓发生颈缩破坏,小偏压荷载下钢管发生局部失稳破坏。最后,提出偏压荷载作用下内外法兰设计时,计算连接螺栓拉力可以取旋转轴位置为距离管中心0.6R(R为主管半径)。     

基于有限元分析的变电站构架柱顶避雷针法兰节点螺栓拉力计算

钢管避雷针法兰连接节点螺栓拉力的准确计算是节点安全的重要保证。应用有限元软件ABAQUS,针对750 kV变电站构架柱顶避雷针刚性法兰连接节点在纯弯矩作用下的性能进行了有限元数值模拟,根据节点螺栓拉力和法兰接触面压应力的分布,对影响节点法兰面中性轴、转动轴位置及其影响参数进行了分析,拟合出节点最大受拉螺栓拉力的近似计算公式。与现行相关规范计算公式的对比结果表明,公式具有更高的计算精度。     

世博轴阳光谷钢结构节点试验研究及有限元分析

世博轴阳光谷单层网格结构采用了一种全新的节点形式,其主要设计思路是矩形钢管杆件仅上下翼缘板及两根内力最大杆件的腹板与节点核心区焊接。根据不同的加工工艺,节点核心区有以加劲板连接的两块端板和实心圆柱体两种构造形式。为直观了解节点的受力性能、破坏机理和承载能力,保证连接节点的安全可靠,并验证通过不同工艺加工的节点能够满足设计要求,选取3个阳光谷中的10个典型节点进行了足尺试验研究。试验结果表明,所采用的节点形式具有足够的安全储备,可以满足“强节点弱杆件”的设计要求;节点核心区为实心圆柱体的构造形式,应力水平较     

大跨度索穹顶新型索撑节点模型试验及性能分析

索穹顶结构的刚度是由索系预应力实现的,预应力损失对结构的安全性具有重要影响,而环索与撑杆相连的索撑节点设计与施工是保证环索实现预应力有效传递的关键技术。以内蒙古伊旗全民健身体育中心大跨度索穹顶结构工程为背景,研发了引入滑动轴承的新型索撑节点,从本质上改变了节点的受力特性,从而减小摩擦损失。通过分析索撑节点的几何构造,对预应力摩擦损失的计算方法进行研究。采用ANSYS对环索和索撑节点进行带摩擦的非线性接触有限元分析,通过模型试验监测数据反算预应力损失,将设计计算结果与实测数据分析结果进行对比。根据研究结果对索穹顶的索撑节点提出如下建议:索撑节点的加工制作应采用精密加工,确保节点几何尺寸严格满足设计要求;在保证加工制作精度和施工质量的情况下,索撑节点预应力损失设计取值为3%~4%。     

ETFE气枕力学性能试验研究及有限元分析

对1个乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)气枕足尺模型进行形态测试、加载测试及自振测试,研究了气枕的静力性能和动力特性.建立了ETFE气枕有限元模型,进行了形态、荷载及模态分析,验证了有限元分析方法的有效性.结果表明:气枕内压对外荷载较为敏感,荷载作用下内压变化幅度随初始内压增加而非线性减小;作用于气枕中部或单侧的荷载较对称荷载会引起更大的变形和内压变化;相同荷载作用下,气枕变形随初始内压增加而非线性减小;在试验内压范围内,测试气枕的基本自振频率位于6 ～ 10 Hz之间,前两阶自振频率间隔较大,2～5阶自振频率分布更为密集,气枕各阶频率均随初始内压升高而非线性增加;在低阶模态中,气枕上、下层膜面呈对称振动;ETFE气枕为低阻尼结构,各阶模态阻尼比随初始内压增加而减小;形态、荷载及模态分析的有限元结果均与试验结果吻合良好,验证了共同作用有限元模型在ETFE气枕静、动力分析中的准确性和适用性.     

钢网格剪力墙力学性能试验研究及有限元分析

为解决现有加劲钢板剪力墙现场安装难度高、焊接工作量大等问题,提出了装配式钢网格剪力墙结构。为考察该抗侧力体系的静力性能和抗震性能,对2个缩尺模型进行了单调水平加载和低周往复加载试验。基于ABAQUS建立有限元分析模型,验证钢网格剪力墙有限元模型的准确性。研究结果表明：在单调荷载或低周往复荷载作用下,试验与有限元分析结果较为一致,试件均表现出良好的抗侧刚度、延性和耗能能力;其破坏过程为中间位置的T形钢构件首先出现全截面屈服,随着位移荷载的增大,靠近梁柱节点位置的较短T形钢构件开始局部屈服,最终所有T形钢构件均达到了全截面屈服,试件破坏形式为中部T形钢构件拉断,失效模式较为合理;试件破坏时的层间位移角均达到了3.6%以上,延性系数达到5.35以上,试件在每级荷载循环后的强度退化系数均在0.92以上,受力性能稳定。     

重庆江北国际机场新航站楼大跨钢桁架铸钢节点性能研究

本文针对大跨钢桁架铸钢节点受力性能进行了相关的研究。通过重庆江北国际机场新航站楼钢桁架大型铸钢节点的现场跟踪测试,得到铸钢节点表面应力的测试值;利用Pro/E软件建立所测试的铸钢节点模型,并采用有限元软件进行弹性分析,得到各测点的应力值。通过比较铸钢节点表面测试值和相应测点分析值,发现现场测试应力值和计算分析值之间相互印证。在测试值与计算值印证较好情况下,可以推断节点内部应力分布。此外,还模拟了铸钢节点的典型缺陷并进行有限元分析,进而推断铸钢节点带缺陷工作状况对节点的受力性能影响程度。最后对铸钢节点在整个结构体系中的受力性能和安全性做出了评价,重庆江北国际机场新航站楼钢桁架铸钢节点是安全可靠的,具有充足的强度储备;并给出了节点的设计强度取值和判别式,可供类似的工程应用参考。     

钢管混凝土柱X形节点试验研究

钢管混凝土柱斜向相贯,在节点处的构造和应力较为复杂。针对工程中出现的这种情况,为观察此X形节点试件的破坏形态和承载能力,本文完成了两种不同角度、四个加强板加衬板构造形式的节点模型试验。试验结果表明:小角度(20°)试件最终破坏在节点区以内,而大角度(35°)试件最终破坏在节点区以外的构件上,且主要在支座与节点之间的构件上。小角度试件相对大角度试件,其节点承载能力较低。同时,所有试件均表现为随荷载增加,轴向受压,环向受拉,且轴向应变一直大于环向应变,当钢管进入屈服阶段后,试件仍表现出钢管与混凝土共同受力的特点。     

钢桁架连梁节点锚固机理试验及有限元分析

为了揭示钢桁架连梁节点的受力机理,基于6个钢桁架连梁节点试验研究,对考虑混凝土损伤塑性模型的钢桁架连梁节点进行了非线性有限元分析,通过改变锚固长度和型钢型号,对比数值仿真与试验结果发现吻合较好。分析结果表明:有限元模型所得的节点处弦杆的应变分布规律与试验结果一致。在其他情况不变时,节点开裂荷载随着锚固长度的增加而增大;当锚固长度达到一定长度时,节点处弦杆端点的应变接近于零。     

波纹板螺栓连接受力性能试验研究及有限元分析

金属波纹板作为筒仓仓壁多采用螺栓搭接的连接方式。为了解这种连接方式的受力特性,将螺栓数目和波纹板板厚作为变化参数,设计了多组试验试件;通过试件的静力拉伸试验,研究了波纹板螺栓连接受剪破坏现象和力学性能;建立了包含多种接触面的三维有限元分析模型,通过对比试验和有限元分析结果,验证了有限元分析模型的有效性并以此有限元分析模型进行参数分析,研究了板厚和波高对波纹板螺栓连接受力性能的影响。结果表明：波纹板连接件的承载力较相应平板连接件下降较为明显,螺母与板件接触面上的贴合程度是二者差异的主要因素;波纹板的板厚对连接性能影响较大,而波高影响较小,但当波高减小到0 mm时即平钢板螺栓连接,受剪承载力和极限位移均发生较大变化。