钢结构变电站配电装置楼钢结构梁柱节点力学性能研究

变电站配电装置楼多为混凝土结构,而钢结构变电站配电装置楼则应用较少。为了解决钢结构配电装置楼结构设计关键问题,以110 k V变电站多层钢结构工程分析为依托,对配电装置楼节点进行系统研究。运用ANSYS分析软件建立了焊接连接、栓焊连接、装配式连接3种连接形式的精细化节点模型,对其进行全过程模拟分析,得到不同节点连接形式在设计弯矩和破坏弯矩下的受力状态,给出了3种节点的弯矩-转角曲线。对比分析表明:焊接节点和栓焊节点的转动性能相似,焊接节点在承载力和刚度上稍大于栓焊节点,装配式节点在弹性弯矩和初始转动刚度上较小;设计弯矩下,装配式节点转动较大,栓焊节点和焊接节点的转动较小,3种节点受力状态均能保持在弹性范围之内,满足工程需要。     

新型带悬臂梁段栓-焊拼接节点力学性能研究

以提出的新型带悬臂梁段栓-焊拼接节点的试验数据为基础,从节点极限承载力、破坏模式、各部件应力分布及塑性区扩展等方面进行非线性有限元模型校验,基于校验后的模型研究了几何、材料及荷载等参数对节点初始刚度及极限弯矩的影响,并提出了节点设计方法。有限元分析结果表明,单向荷载作用下,法兰板的厚度对节点初始刚度的影响较大,当板厚大于20mm时,节点初始刚度和极限承载力显著增加;往复荷载作用下,连接法兰板的螺栓孔周围出现了明显的应力集中现象,随着荷载的增大,高强度螺栓由摩擦型转为承压型;该类型节点力学性能良好,符合工业化装配式钢结构体系设计要求。     

不同焊接方式下钢管桁架KK型搭接节点有限元分析

KK型圆钢管搭接节点,搭接处隐藏焊缝焊接与否的问题,现行钢结构设计规范(GB50017-2003)未作明确要求.本文利用ANSYS非线性有限元法,分析了搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种不同焊接方式下,搭接节点的支主管管径比β、径厚比γ、支主管厚度比τ对节点极限承载力的影响.同时分析了在低周往复荷载作用下,搭接节点隐藏焊缝在焊与不焊2种焊接方式下的滞回性能,并给出了滞回曲线.搭接节点不论对角支管相贯通还是一侧支管贯通,隐藏焊缝焊与不焊对节点最终破坏模式影响不大,对节点承载能力的影响也不是十分显著,隐藏焊缝不焊接节点滞回性能优于隐藏焊缝焊接节点.实际工程中隐藏焊缝可以不焊接.     

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。     

加固用钢结构栓焊并用连接承载性能有限元分析

目的:对栓焊并用连接节点的受力性能进行有限元模拟,分析栓焊并用连接的承载性能。方法:对栓焊并用连接节点的受力性能进行有限元模拟,有限元模拟结果与试验数据进行对比分析,吻合较为良好。基于有限元计算结果进一步分析了栓焊并用连接节点的破坏模式和承载力,分析了螺栓和焊缝各自对承载力的贡献程度。结果:当栓焊并用节点中螺栓或焊缝其中一种连接形式的承载力明显高于另一种时,强度较低的连接形式首先发生破坏,承载能力基本充分发挥;强度较高的连接形式的承载能力不能得到充分的发挥。栓焊强度比是影响栓焊并用连接承载性能的重要指标,在节点设计中应考虑栓焊强度比的影响。结论:栓焊并用连接节点兼具高强度螺栓连接和焊接连接的优点,在钢结构节点加固改造工程中有很大的应用空间。     

波纹腹板H形钢空间节点静力性能研究

以某实际工程为背景,进行了一个波纹腹板H形钢空间节点的静力试验,考察了两种连接构造形式,并通过试验研究了该空间节点的力学性能和连接构造的合理性。应用波纹腹板H形钢梁的简化计算公式,分析了试验节点钢梁在弹性阶段的关键截面应力值,并将其计算结果与试验结果进行了对比,验证了该公式的合理性。静力试验结果表明,该空间节点的最终破坏发生在全焊连接的上翼缘对接焊缝处,破坏荷载是设计荷载的2.3倍;但由于发生了受拉翼缘断裂的脆性破坏,破坏截面弯矩仅达到极限抗弯承载力的74%,这是焊缝交汇处应力集中和波纹腹板偏心集中力共同作用的结果。两种连接构造形式中,将拼接位置置于平腹板梁段的栓焊混合连接形式性能更优,可用于实际工程。     

焊接——高强螺栓混合连接性能与工艺研究

本文论述了焊接——高强螺栓混合连接的性能特点,试验并分析了在混合连接中用焊接和高强螺栓连接强度匹配控制混合连接承载力的条件.试验和测试了焊接热对栓接的影响.试验并提出焊——栓混合节点最佳的连接施工工艺.这些在设计与施工中都有着重要的实用价值.     

装配式波纹钢结构连接部位轴压力学性能试验研究

为探索装配式波纹钢结构连接节点的轴压力学行为,以无节点构件作为对照组,以预紧力矩和螺栓间距作为参数变量,开展波纹板轴压试验,研究波纹钢构件螺栓节点受力性能及其对极限承载力的影响,分析构件破坏形态和承载力变化。建立有限元模型,将模拟的构件破坏形态和荷载-位移曲线与试验数据进行对比验证,总结了不同螺栓排数下的构件破坏形态,得到了波纹钢螺栓连接部位荷载-位移特征曲线。结果表明:栓接波纹钢构件破坏形式分为波纹板变形破坏和螺栓孔变形破坏两种; 4排螺栓连接的波纹钢构件与无节点波纹钢构件破坏形态均为波纹板屈曲破坏; 随着预紧力矩的增加,构件滑移荷载和构件承载力峰值不断提高,当超过标准力矩20%时,滑移平台消失; 构件发生螺栓孔变形破坏时,荷载-位移曲线在峰值位置处延性较优; 研究成果可为装配式波纹钢结构连接部位设计优化提供参考。     

钢框架梁柱栓焊混合连接计算方法的探讨

翼缘焊接腹板栓接的梁柱栓焊混合刚性节点是钢框架梁柱现场连接的主要形式之一,该节点需满足"强节点"的设计原则.传统的栓焊混合节点计算仅考虑翼缘抗弯和腹板抗剪,《高层民用建筑钢结构设计规范》(JGJ 99-2015)借鉴日本规范,给出了钢梁腹板承担梁端弯矩的计算方法.基于常用的热轧型钢截面,对比了考虑翼缘与腹板均参与抗弯的栓焊节点新算法与仅考虑翼缘抗弯的传统算法之间的差别.结果表明:腹板对梁柱节点的极限抗弯承载力提高有限,腹板抗弯承载力占梁柱连接的极限抗弯承载力的比值为8％～14％;对常用HN型钢,即便考虑腹板抗弯,仍然无法满足《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ 99-2015)公式(8.2.1-1)Mju≥αMp,还需要采用加强型连接或狗骨式节点.由于腹板螺栓的抗弯中心距明显小于翼缘的抗弯中心距,用腹板螺栓抗弯不太经济.腹板配置受弯螺栓数量远超抗剪所需螺栓,并造成连接板尺寸过大,相比单纯加强翼缘反而更浪费材料.梁柱节点需进行小震弹性和极限承载力的两阶段设计,实际工程案例表明,跨高比较大的钢梁腹板螺栓一般由弹性设计控制,跨高比较小时由极限承载力控制.     

装配式钢-混凝土组合框架受力性能有限元研究

本文结合装配式建筑、钢管混凝土和型钢混凝土构件的优点,提出一种装配式钢管混凝土柱-型钢混凝土梁框架结构体系,采用ABAQUS有限元分析软件进行全焊接与栓-焊混合连接两榀框架试件的仿真模拟分析,以得到该类结构体系在静力荷载作用下的受力性能.     

模块化装配式高层钢结构节点静力性能分析与试验研究

以模块化装配式高层钢结构中的一种关键节点为研究对象,考察其极限承载能力和抗弯刚度并对其静力性能进行有限元分析和试验研究。结果表明:该种节点转动刚度较大,节点的极限承载能力高,试验中破坏主要是由于桁架梁腹杆失稳,进而引起整个桁架梁的平面外失稳,而节点本身高强螺栓连接部分并未出现滑移。     

Q690D钢材十字形焊接接头高温后的断裂破坏试验研究

为研究Q690D高强度钢材及焊缝连接件在常温和高温后的断裂性能,选取代表实际梁柱节点局部焊接构造的十字形焊接节点试样,完成了常温和一系列高温后Q690D钢材和ER80-G焊缝金属的单轴拉伸试验,得到了钢材和焊缝金属在不同高温后的弹性模量、屈服强度、极限强度和延伸率.开展了常温和高温后十字形焊接接头的单调拉伸试验和超低周...     

加劲肋和端板厚度对梁柱边节点抗火性能的影响

使用火灾试验炉,对钢框架中常用的三种节点形式:全焊节点、栓焊节点、外伸端板节点进行8个试件火灾行为的试验研究。2个全焊节点和2个栓焊节点分别分为节点区有无加劲肋两种情况,4个外伸端板节点考虑两种端板厚度12mm和16mm,每种端板厚度又分为有无加劲肋两种情况。试验结果表明:加劲肋对全焊节点和外伸端板节点的抗火性能均有较大程度的提高。端板厚度对外伸端板节点的抗火性能影响不大。     

圆钢管混凝土K型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明:塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。     

斜撑对装配式钢框架梁柱拼接节点抗震性能影响研究

针对装配式钢框架带柱座梁柱拼接节点连接受力复杂、强度和刚度影响因素多等问题,应用非线性有限元软件ANSYS对带斜撑和无斜撑的两种节点进行数值模拟,研究斜撑对装配式钢框架梁柱节点的滞回性能、极限承载力、延性系数、破坏模式等抗震性能的影响。结果表明:斜撑的设置,可较大幅度地提高节点的刚度和承载力,对于螺栓型连接的梁柱节点,斜撑的设置使其承载力提高3倍多,焊接节点的承载力提高约50%,延性系数提高约70%;且有效地转移了塑性铰,使节点破坏位置位于斜撑之外的桁架梁上,起到保护节点的作用,符合"强节点,弱构件"的设计要求。同时反复荷载作用下的滞回曲线更加饱满,具有更好的抗震性能。     

深基坑新型钢斜撑接头承载力试验研究

 提出一种深基坑新型钢斜撑接头形式,它可以即插即用,允许有一定的转动角度,可施加预应力,克服原有斜撑接头焊接施工增加基坑暴露时间、倾斜角度固定给斜撑安装带来不便、焊接后无法施加预应力等缺点,可使软土地区深基坑施工受时空效应影响明显减小。配合接头试验制作自平衡式试验架。按照实际尺寸,对该新型支撑接头进行承载力试验,加载到设计轴力2 500 kN时,接头承载力满足设计要求,加载到3 000 kN时接头局部达到屈服状态,预埋钢匣子前方混凝土局部出现压碎现象,但结构整体稳定。用有限元法进行加载过程数值模拟计算,计算曲线与实测吻合较好,这种新型斜撑接头可以进一步推广应用。     

不锈钢在空间网格结构上的研究现状及工程应用

不锈钢具有耐久、耐腐蚀、耐火、耐低温、造型美观、维护费用低等优点,在空间领域得到越来越广泛的应用。目前国内对不锈钢基本力学性能的研究还较少,相应的不锈钢设计规范还在编制中。在介绍不锈钢材料的特点和分类基础上,总结了当前国内外对不锈钢的材料力学性能、轴心受力构件力学性能研究现状。对不锈钢焊接空心球节点的焊接性能、节点承载力以及不锈钢螺栓球节点的相关研究成果进行总结,对不锈钢在空间结构中的工程应用进行重点总结。最后对天津大学不锈钢四面体张拉整体结构的力学性能进行分析,并对不锈钢在空间网格结构的应用研究前景进行展望。     

Performance of CFTST column to steel beam joints with blind bolts under cyclic loading

The objective of this research is to investigate the seismic performance of the composite joint consisting of square concrete filled thin-walled steel tubular (CFTST) column and steel beam with end plate and blind bolts. The cold-formed square tube in each CFTST column connection was fabricated by seam welding together four pieces of lipped angle with nominal wall thickness 1.5 mm or 3 mm. Four exterior joint specimens were tested under axially compressive load on the top of the columns and cyclic loads on the beam tip. The experimental parameters in the study were the thickness of the steel tube and the type of end plate. The seismic response of the blind bolted moment joints to CFTST columns was analyzed and evaluated in terms of the hysteretic behavior, failure modes, stiffness and strength degradation, ductility, and energy dissipation capacities of the joints. To improve the tension behavior of the blind bolted moment connections to the thin tube wall, the anchorage action of reinforcing rebar welded to the bolts with concrete-filled steel tubes was also investigated to consider the effect of cyclic loading. The experimental and analytical results indicated that when the end plate thickness is not less than 3 mm, the flush or extended end plate joints to CFTST columns exhibited large hysteretic loops and excellent seismic performance, such as ductility and energy dissipation capacity. The proposed innovative blind bolted joint was verified as a reliable and effective solution applied in mid- and low-rise buildings through properly design and detailing.     

弦杆轴向压力作用下K型、KK型间隙方管节点静力工作性能的试验研究

对6个K型和7个KK型直接焊接方管节点进行了在弦杆轴向压力作用下的静力试验研究。通过对节点破坏模式和极限承载力的分析, 研究了支杆和弦杆宽度比、弦杆所受轴向压应力与弦杆屈服应力之比、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程序对试验节点进行了分析, 通过试验数据和有限元计算结果的比较, 证明采用ANSYS程序计算方管节点是可行的。     

复式钢管混凝土装配式连接节点抗震性能试验研究

为研究复式钢管混凝土装配式连接节点的抗震性能,设计了5个复式钢管混凝土单边螺栓节点试件及1个穿心螺栓对比节点试件,进行了柱端固定轴压下水平往复加载试验,分析了T型件加肋、T型件翼缘厚度、梁柱线刚度比等对节点破坏形态、荷载-位移曲线、承载力、延性、耗能、刚度退化等抗震性能的影响。结果表明:复式钢管混凝土单边螺栓T型件连接节点滞回曲线饱满,变形耗能能力较强; 相比T型件未加肋试件,加单肋的节点极限承载力提高39%,加双肋节点极限承载力提高44%; T型件翼缘厚度20 mm的节点比14 mm的极限承载力提高13%,且极限位移也相应提高; 当梁柱线刚度比增大时,节点试件极限承载力和耗能能力均明显提高; 单边螺栓可发挥复式钢管混凝土柱内层钢管单边锁紧优势,内钢管应变值较大但节点域无明显变形,节点传力可靠且结构整体性较好; 对比穿心螺栓节点,单边螺栓节点初始刚度略小,极限承载力略有提高,二者等效黏滞阻尼系数基本相当,而节点变形能力及延性显著提高,说明单边螺栓装配式连接能较好地保证节点的稳定性和抗震性。