爆炸荷载作用下顶底角钢螺栓连接的性能研究

爆炸或冲击荷载可致结构局部损坏,有时会影响整个结构的安全,结构设计时必须考虑这种情况。连接是增强钢结构延性和鲁棒性的重要手段,可减轻这种破坏。采用有限元方法研究爆炸荷载作用下顶底角钢螺栓连接的性能。采用ANSYS有限元软件,对有、无腹板角钢的顶底角钢螺栓连接进行分析。通过比较模型数值结果和试验数据,对有限元模型进行验证。对连接模型施加简化爆炸荷载,分析了爆炸荷载作用下连接的性能,确定连接临界面。对爆破荷载作用下连接的破坏模型和实用性进行简单讨论。     

Q690和Q275角钢螺栓连接块剪破坏承载性能研究

为分析Q690和Q275双排螺栓连接角钢的块剪破坏承载性能,采用ABAQUS软件建立非线性有限元计算模型,结合已有角钢螺栓连接受拉块剪破坏的试验数据,验证了模型的准确性。在此基础上,建立参数化模型分析了钢材强度等级、螺栓端距、螺栓数量和连接形式对角钢承载性能的影响,并基于分析结果对中、美钢结构设计规范和文献提出的块剪破坏计算公式进行了评估。结果表明：Q690高强度双排螺栓连接角钢的延性低于Q275强度角钢的延性,但仍然呈现出明显的延性破坏特性。螺栓端距和数量的增加可以提高角钢块剪破坏时的极限承载力,但提高的程度有限。角钢发生块剪破坏时,不同连接形式的偏心率对承载力没有明显的影响。中国和美国钢结构规范设计公式对角钢块剪破坏时的承载力预测值均偏于保守,中国规范更偏于安全。     

拉力作用下高强螺栓连接的有限元模拟

采用大型有限元分析软件ANSYS，对钢结构高强度螺栓连接的受力分布规律进行了计算和分析，得出了该构件堂警窖分布图，从理论上对高强度螺栓连接的破坏形式和受力变化进行了分析研究，为进一步改进高强螺栓连接构件的受力状况和结构设计提供了必要的理论依据。     

承压型全螺栓连接节点刚度性能试验研究

以某实际工程为背景,对3个相同的装配式节点试件进行偏心轴向加载试验,分析了节点的承载力情况,研究了节点各肢在面内压弯、面外压弯和面内外同时压弯三种加载情况下的弯曲刚度。试验结果表明,大多数情况下,装配式节点各肢的弯曲刚度随所施加荷载的增加而增大;单独的面内、面外压弯且为双肢加载时,加载至0.4倍和2倍设计荷载时的连接件名义弯曲刚度分别约为加载至设计荷载时的0.7倍和1.3倍。试验节点刚度性能具有显著离散性:单独的面内、面外压弯且为单肢加载时,先加载的A肢连接件弯曲刚度约为后加载B肢的1.85倍;面内压弯时,连接件单肢加载情况下的弯曲刚度约为双肢加载情况下的0.46～6.99倍。     

钢结构中弯矩作用下螺栓连接计算方法的探讨

钢结构是一种具有强度高、自重轻、可靠性好等优点的结构,目前,在我国钢结构也得到了广泛的应用。根据作者长期从事钢结构的教学研究及设计实践,本文就弯矩作用下普通螺栓连接的计算问题进行探讨。 普通螺栓连接,螺栓受拉可分为3种情况:见图1 钢结构设计规范GBJ—17—88给出的抗拉普通螺栓连接的计算公式为:N_1≤N_t~b。式中N_1表示最大受拉螺栓的拉力设计值,N_t~b表示一个受拉螺栓的抗拉强度设计值(N_t~b=     

螺栓连接蜂窝梁孔间腹板屈曲性能分析

对螺栓连接蜂窝梁和传统焊接连接蜂窝梁孔间腹板屈曲性能进行了有限元分析,研究了不同连接方式对蜂窝梁孔间腹板的屈曲模式和屈曲承载力的影响。蜂窝梁上、下两部分的连接方式包括焊接、螺栓搭接连接、借助单侧拼接板对接和借助双侧拼接板对接等。结果表明,在相同截面尺寸、相同孔径的情况下,螺栓连接蜂窝梁具有与传统焊接蜂窝梁相同的受力性能;除借助单侧拼接板对接的蜂窝梁发生孔间腹板局部压屈与费氏剪力塑性铰耦合破坏外,其它连接方式的蜂窝梁均发生孔间腹板屈曲破坏;不同的连接方式对蜂窝梁的屈曲承载力影响较小,但对其跨中挠度影响较大。     

高强度螺栓连接抗剪性能研究

为解决试验和实体模型有限元方法在研究高强度螺栓连接抗剪性能上的局限性,寻找一种简单准确的高强度螺栓连接抗剪性能的简化模型十分必要。采用通用有限元软件ABAQUS建立高强度螺栓连接的非线性有限元模型,对单元选取、螺栓受力行为、材料本构以及接触模型等方面进行详细说明;结合典型高强度螺栓抗剪试验,验证了所建立有限元模型的准确性和适用性,对高强度螺栓连接抗剪性能进行深入探讨。通过参数分析,确定了高强度螺栓连接抗剪简化模型的3个特征点,提出了此类螺栓抗剪简化模型以及循环荷载作用下的滞回模型。实例计算分析表明：建议的抗剪简化模型以及循环荷载作用下滞回模型能准确地模拟此种连接的受力性能,其构造形式简单,计算准确,为工程分析提供依据。     

螺栓连接的单角钢剪切连接

介绍了19个足尺寸螺栓连接的单角钢剪切连接的试验。研究目的是确定与角钢两肢连接的螺栓组的剪切强度。试验中的连接件由两肢等长的角钢和每肢上垂直的一行螺栓构成。角钢单肢宽度为102mm,厚度为9·5mm。螺栓为直径19mm的高强度A325型螺栓,一行有2~8个。观察到的连接件破坏模式为一个螺栓组的剪切断裂。试验发现:支梁的抗扭或抗侧能力对连接件的承载能力影响很大。试验结果表明:现行的北美设计方法适用于少于或等于3个螺栓的单角钢设计。此外,采用屈服线法估算极限强度状态下的连接弯矩。     

钢梁柱弱轴双腹板底角钢连接受力性能研究

钢框架梁柱弱轴双腹板底角钢连接是一种典型的半刚性连接,为研究此种半刚性连接的受力性能,引用欧洲规范Eurocode3采用的组件法来计算各纯钢连接的初始刚度,再计算出各组件的极限承载能力,并选取最小值作为连接的极限承载力。以Lima的试验为基础,建立有限元分析模型,模型的几何尺寸、材料特性、摩擦系数等几何参数均与试验相同。结果表明,理论计算结果、模拟结果与试验结果较吻合。弱轴双腹板底角钢连接具有良好的变形能力和一定的抗弯能力。     

火灾下螺栓连接蜂窝梁孔间腹板屈曲性能分析

采用有限元方法研究了火灾下螺栓连接蜂窝梁的屈曲性能,并与传统焊接蜂窝梁进行了比较,分析了不同连接方式对蜂窝梁孔间腹板的屈曲模式和屈曲温度的影响。除焊接连接蜂窝梁外,还对上、下两T形部分采用螺栓搭接连接、借助单侧拼接板对接连接和借助双侧拼接板对接连接的蜂窝梁进行了研究。对焊接连接蜂窝梁和螺栓连接蜂窝梁,均假设腹板孔间温度均匀分布。分析结果表明:在相同截面尺寸情况下,螺栓连接蜂窝梁几乎具有与传统焊接蜂窝梁相同的抗火性能;借助单侧拼接板和借助双侧拼接板对接连接的蜂窝梁的屈曲温度略大于传统焊接蜂窝梁的屈曲温度;而采用螺栓搭接连接蜂窝梁孔间腹板的屈曲温度稍低于焊接连接蜂窝梁的屈曲温度。     

剪力对带腹板双角钢顶底角钢初始刚度的作用分析

主要分析了带腹板双角钢顶底角钢的弯矩-转角关系,尤其是在剪力和弯矩共同作用下的初始刚度。采用数个三维有限元模型进行分析,将连接件的几何和力学性能作为参数。模型中,所有的连接构件如梁、柱、焊接角和螺栓的建模都采用八节点单元。所有构件的相互作用,如螺栓滑移、摩擦力等,采用表面接触计算法则进行模拟,为更准确地评估连接性能,在螺栓杆处采取预拉伸模拟其初受力状态。通过将数值模拟的结果与试验结果进行对比发现,它们具有良好的一致性。为评估剪力在这种连接中的作用,通过数个不同量级剪力的模型分析发现,剪力对角钢连接初始刚度的影响呈减弱趋势。因此提出一个公式,根据在无剪力情况下连接件的初始刚度和屈服弯矩,计算在任何可能产生剪力的条件下连接件初始刚度的换算系数。     

Behavior of bolted angle connections subjected to combined shear force and moment

In this paper, the effect of web angle dimensions on moment-rotation behavior of bolted top and seat angle connections, with double web angles is studied. Several 3D parametric finite element (FE) models are presented in this study whose geometrical and mechanical properties are used as parameters. In these models, all of the connection components, such as beam, column, angles and bolts are modeled using solid elements. The effect of interactions between components, such as slippage of bolts and frictional forces, are modeled using a surface contact algorithm. To evaluate the behavior of connection more precisely, bolt pretensioning force is applied on bolt shanks as the first load case. The results of this numerical modeling are compared with the results of experimental works done by other researchers and good agreement was observed. To study the influence of shear force on behavior of these connections, several models were analyzed using different values of shear force. The effect of important parameters, especially the effect of web angle dimension, is studied then. An equation is proposed to determine the reduction factor for initial rotational stiffness of connection using connection initial rotational stiffness, yield moment, the expected shear force and web angle dimension. The proposed equation is compared with other existing formulations and it was observed that the proposed model is a better estimator of connection behavior.     

Effect of shear force on the initial stiffness of top and seat angle connections with double web angles

This study focused on the moment-rotation behavior of bolted top and seat angles with double web angle connections, especially the initial stiffness of this type of connection under the combination of shear force and moment. Several 3D parametric finite element models are presented in this regard, with the geometrical and mechanical properties of connections are as parameters. In the models, all the connection components such as beam, column, angles and bolts are modeled using eight node brick elements. The effects of all component interactions, such as slippage of bolts and frictional forces, are modeled using a surface contact algorithm, and to evaluate the connection behavior more precisely, bolt pre-tensioning is applied on the bolts shanks as the first load case. The results of numerical modeling are compared with test results of experiments that have been done by researchers, and show good agreement with them. To evaluate the effect of shear force on the behavior of such connections, several models were analyzed under different magnitudes of shear force, and the results of the analyses showed that the shear force has a reducing effect on the initial stiffness of bolted angle connections. Therefore, an equation is proposed to determine the reduction factor of a connection’s initial stiffness in terms of the connection’s initial stiffness and yield moment in the case of no shear force, and any expected shear force that might be applied.     

影响栓接双角钢节点抗火性能的临界因素

双角钢节点经常用于钢框架结构中,当火灾发生时,这些节点在结构构件间的荷载传递上起着至关重要的作用。对火灾下螺栓连接双角钢节点的响应还缺乏了解。采用有限元程序ANSYS,对栓接双角钢节点的抗火性能进行数值研究。分析中,考虑了材料和几何非线性,钢材的高温特性和非线性接触交互作用。通过与其他文献的试验结果进行对比,对该模型进行验证,并通过参数研究量化临界因素对螺栓双角节点的影响。结果表明:螺栓孔的大小、边距、热梯度和梁腹板的细长度对栓接双角钢节点的抗火性能影响很大。     

静剪切力作用下薄壁不锈钢板螺栓连接的有限元建模

最近的试验研究表明,日本现行钢结构设计标准(AIJ)不能准确预测薄壁(冷加工)SUS304不锈钢板的螺栓连接在静剪力作用下的极限状态,因此本文提出极限强度计算公式,说明不锈钢和薄壁钢板的机械特性。以现有试验数据作为参数研究的基础,采用ABAQUS程序对三维实体单元进行有限元分析,以探究薄壁不锈钢板中螺栓剪切连接的结构性能。采用材料非线性和几何非线性分析法以预测螺栓连接的荷载-位移曲线。试验中试件发生的卷曲等连接板端部的平面外变形在不考虑几何缺陷的有限元模型分析中同样可观察到;在对卷曲对极限强度的影响进行量化检验外,提出适合于预测螺栓连接破坏模式的破坏准则。此外,有限元分析结果与以前试验结果相比可知,破坏模式和有限元推荐步骤预测的极限强度与试验结果具有良好的相关性,数值方法可提供具有合理精度的评估。     

约束钢框架角钢抗剪连接节点的抗火性能

就双角钢连接节点在热诱导负荷下的试验结果进行了分析。2个梁组件被放入1个熔炉内进行测试,以模拟典型的建筑火灾情形。这些梁组件使用双角钢连接节点与熔炉外1个约束钢框架相连。试验参数包括火灾场景,负荷等级以及由梁板效应引起的综合作用。火灾试验中产生的数据表明,尽管只是简单的剪切连接的设计,双角钢连接节点有其固有的转动刚度并且能够传递热诱导弯矩。尽管产生了永久变形,试验组件并没有破坏,从而说明了双角钢连接节点具有较好的韧性。     

带或不带加劲肋螺栓连接端板性能试验及分析

给出了8个梁-柱、梁-梁外伸端板螺栓连接试样的试验结果,其中4个连接件在外伸端板处使用了加劲肋。将低阻力螺栓受拉区和受压区的失效模式进行对比,基于整体弯矩-转角曲线和螺栓拉应力的发展对试验结果进行分析。试验主要关注失效模式、阻力发展、刚度及扭转能力。将试验结果与按照EC3提供的方法得到的分析结果进行对比,评估该分析方法(包括分析外伸端板处使用了加劲肋的连接件)的准确性。     

平端板拼接节点初始刚度的有限元分析

过去30多年来,对现有钢结构设计方法的修正,使其能在结构设计中考虑到连接的半刚性性能。连接的初始转动强度对于结构整体的弹性分析很重要。采用有限元方法得到螺栓连接的平端板梁连接(BFEB)的初始转动刚度(IRS)参数结果。建模中考虑了材料特性、几何非连续性和大位移,同时进行试验分析,并与数值分析进行对比。这些模型显示:对于连接性能的研究,有限元建模与试验研究具有一致性。由于影响参数众多,基于EC3的分量法,提出BFEB连接性能的分析模型。此外,对弯矩-转动曲线的初始斜率进行了数值计算和数据的对比。同时对能准确评估BFEB的初始转动刚度的方法进行了讨论。     

半刚性梁柱抗弯钢节点的防火性能

采用ANSYS对由H型梁和H型柱组成的半刚性抗弯钢节点的防火性能进行了研究。通过在台湾地区建筑与房屋研究中心(ABRI)的防火试验中心进行的足尺寸防火试验证实了数值模型的有效性,而且该模型的计算结果与试验结果一致。数值分析结果显示:除材料特性和连接的几何形状之外,作用力矩对抗弯钢节点刚度有很大影响。