钢管结构法兰连接节点现有设计方法比较分析

法兰连接是钢管结构中常见的连接形式。截至目前,国外许多学者对法兰连接抗拉承载性能进行了研究,提出了一些设计方法,但缺乏对法兰连接节点抗弯承载性能的研究;国内也有一些相关规范给出了法兰连接在拉、弯作用下的设计方法,但是有明显的不足,需要进一步完善。本文对现有设计规范和方法进行归纳总结,并针对法兰连接4种基本形式、设计相应算例,进行了设计结果的比较分析。结果表明,苟兴文等提出的法兰连接节点抗拉设计方法和笔者提出的法兰连接节点抗弯设计方法可以给出合理安全的设计结果,可以为工程设计提供参考。     

柔性法兰节点试验分析及简化计算方法研究

柔性法兰是一种形式简洁、便于施工的钢管连接形式。以柔性法兰节点足尺试验为基础 ,分析柔性法兰在拉弯荷载作用下的受力特点及计算参数研究 ,并提出其简化计算方法。     

钢管柔性法兰轴拉承载力特性研究

柔性法兰是一种盘面平整、易于加工的钢管连接形式。但是,由于法兰主管与法兰盘间未设置加劲肋,法兰节点的刚度相对较小,盘面会发生翘起变形。基于此变形特点,开展了柔性法兰轴拉承载力试验及非线性有限元模拟分析,考察柔性法兰的轴拉承载力特性,重点研究柔性法兰盘面变形特性及应变发展规律。研究结果表明:轴拉作用下法兰主管与法兰盘连接焊缝处存在应力集中现象且试验中也在此焊缝处被拉裂;法兰盘下侧受拉,上侧受压,法兰盘根部张开,盘面中部应变发展最快。基于试验及模拟分析结果,柔性法兰连接螺栓处于拉弯复合受力状态,螺栓受力修正系数m值略小于规范值;法兰盘相对转角计算公式可用于柔性法兰连接设计。     

拉-弯-剪组合作用下法兰连接方钢管柱受力性能研究

为研究多高层钢结构柱连接在拉-弯-剪组合作用下的受力性能,对4个不同法兰板厚度的法兰连接柱进行了足尺模型试验和有限元分析,并通过有限元模型分析了轴拉比对法兰连接柱性能的影响。结果表明：随着法兰板厚度增大,连接柱的侧向刚度和水平承载力增大,受拉区法兰接触面翘力减小;在拉-弯-剪组合作用下,法兰中性轴位置在受压侧第二排螺栓附近,且随着法兰板厚度的增大,中性轴位置由法兰受压区逐渐向其几何中心移动。轴向拉力对法兰产生的作用效应与水平荷载产生的作用同向。轴向拉力降低了法兰连接柱的水平屈服荷载,法兰转角随着轴拉比的增大而增大。     

钢管杆塔柔性法兰受弯承载力试验及焊缝受力

柔性法兰节点通过内外两道角焊缝传力,具有安装快捷、加工简单且省材省时等特点。对柔性法兰进行受弯承载力试验,并对相应法兰进行有限元模拟分析,考察柔性法兰的受弯承载力特性,重点研究柔性法兰内外环向角焊缝的受力机理和分担比例。研究结果表明,纯弯作用下柔性法兰受拉侧外焊缝与主管连接处存在较大应力集中,受拉侧外焊缝为主要的传力焊缝,而内焊缝在保证柔性法兰节点安全稳定的前提下提供第二道传力机构;纯弯受力时柔性法兰受拉侧外焊缝与内焊缝受力分担比例比在3.6以上,设计及加工时应特别注意外焊缝的应力及质量,建议适当减小内焊缝焊脚尺寸至外焊缝的2/3,使法兰焊缝构造更加合理,该研究成果可为柔性法兰及其焊缝设计加工提供参考。     

不同螺栓连接内外双圈法兰的轴拉承载力研究

随着电网建设的快速推进,输电塔结构日益大型化,对节点的安全可靠性提出了更高的要求。钢管外圈螺栓连接的常规刚性法兰连接形式难以满足高度高、荷载大的大跨越钢管塔的承载力要求,因此提出一种新型内外双圈螺栓法兰节点来克服传统刚性法兰存在的缺陷。以某大跨越塔为背景,设计配置螺栓强度等级不同的内外双圈法兰缩尺试件,并开展轴拉承载力对比试验,重点探讨外内圈螺栓荷载分担比例以及螺栓强度等级对其的影响。同时,进行内外双圈法兰轴拉承载力特性的非线性有限元模拟,考察内外双圈法兰的承载力特性。试验及有限元分析结果表明:内外圈螺栓的拉力分配合理,内外双圈法兰连接形式安全可靠;提高螺栓强度等级可有效减缓上下法兰板间张开量的发展趋势;当配置内外不同强度等级的螺栓时,外内圈螺栓轴拉力的比值随着荷载的增大而增大。     

轴拉荷载下内外法兰连接屈服承载力试验研究

为研究超高钢管输电塔内外法兰连接在轴拉作用下内外圈螺栓力的分布规律及内外法兰连接屈服承载力计算方法,对10个具有不同参数的内外法兰连接试件进行了轴向拉伸试验;利用经试验验证的有限元模型,进行了外、内圈螺栓力比值(螺栓力比值η)的参数敏感性分析;将内外法兰连接等效为弹性转动约束梁提出了力学模型和螺栓力比值的理论计算式。试验结果表明：内圈和外圈的螺栓力并不相等,法兰连接屈服承载力小于内外圈螺栓屈服承载力之和;在弹性阶段,内外法兰连接的螺栓力比值保持不变;在弹塑性阶段,内圈和外圈的螺栓力随外荷载增加趋于一致。参数敏感性分析和试验结果均表明,螺栓力比值随螺距比、螺栓数量、法兰板厚度和钢管径厚比的增加而单调增加。是否考虑内外螺栓力不等所得的屈服承载力之比的最小值为0.8。螺栓力比值理论计算式很好地阐释了试验及参数敏感性分析获得的螺栓力比值随参数变化的规律,计算结果与试验和有限元结果吻合良好。由62 382个内外法兰连接模型的有限元计算结果与理论结果之比的均值为1.0,变异系数为1.3%,螺栓力比值理论计算式适用于钢管径厚比为40～100的内外法兰连接。     

型钢截面拉弯构件的一种简化计算方法

根据现行《钢结构设计规范》GB50017-2003公式,可绘出型钢截面拉弯构件承载力N-Mx和N-My相关线,利用这些图线进行截面选择,不但可以减免试算次数,而且还可以进行截面验算;不但计算简单、可靠,而且还可以求出满足可靠性要求、截面面积最小（即最经济）的型钢规格,供工程设计、教学和科研参考.     

带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土构件拉弯试验和承载力计算方法研究

为研究球冠性脱空缺陷对钢管混凝土拉弯性能的影响机理,完成了24根钢管混凝土试件在拉弯作用下的试验研究,包括16根带球冠形脱空缺陷试件和8根元脱空对比试件,考察了脱空率和偏心率对带球冠形脱空缺陷试件的承载力、拉力-位移关系曲线、弯矩-曲率关系曲线、应变发展的影响规律.试验结果表明:随着脱空率的增大,带脱空缺陷试件的承载力有所降低;随着偏心率的增大,脱空缺陷对钢管混凝土承载力的不利影响趋于显著.建立了带脱空缺陷的钢管混凝土拉弯构件的有限元分析模型,其计算结果和试验结果吻合良好.采用有限元模型对带脱空缺陷构件的工作全过程进行了分析,揭示了脱空缺陷对钢管与混凝土之间相互作用的影响机理,并对脱空率、混凝土强度、钢材强度和含钢率等重要影响因素开展了参数分析,分析结果表明:随着脱空率的增大、钢管混凝土拉弯承载力总体呈线性下降的趋势,降低混凝土强度、提高钢材强度和含钢率对承载力下降幅度的影响并不显著.最后,基于参数分析结果提出了考虑球冠形脱空缺陷影响的钢管混凝土拉弯承载力简化计算公式.     

带球冠形脱空缺陷的钢管混凝土构件拉弯试验和承载力计算方法研究

为研究球冠性脱空缺陷对钢管混凝土拉弯性能的影响机理,完成了24根钢管混凝土试件在拉弯作用下的试验研究,包括16根带球冠形脱空缺陷试件和8根元脱空对比试件,考察了脱空率和偏心率对带球冠形脱空缺陷试件的承载力、拉力-位移关系曲线、弯矩-曲率关系曲线、应变发展的影响规律.试验结果表明:随着脱空率的增大,带脱空缺陷试件的承载力有所降低;随着偏心率的增大,脱空缺陷对钢管混凝土承载力的不利影响趋于显著.建立了带脱空缺陷的钢管混凝土拉弯构件的有限元分析模型,其计算结果和试验结果吻合良好.采用有限元模型对带脱空缺陷构件的工作全过程进行了分析,揭示了脱空缺陷对钢管与混凝土之间相互作用的影响机理,并对脱空率、混凝土强度、钢材强度和含钢率等重要影响因素开展了参数分析,分析结果表明:随着脱空率的增大、钢管混凝土拉弯承载力总体呈线性下降的趋势,降低混凝土强度、提高钢材强度和含钢率对承载力下降幅度的影响并不显著.最后,基于参数分析结果提出了考虑球冠形脱空缺陷影响的钢管混凝土拉弯承载力简化计算公式.     

钢结构高强度螺栓与侧焊缝并用连接建议设计方法

栓焊并用连接在钢结构加固工程中有广泛的应用。但由于螺栓连接和焊接连接承载能力的不同,栓焊并用连接节点的受力性能比较复杂。JGJ 82—2011《钢结构高强度螺栓连接技术规程》提出了栓焊并用连接的设计方法。基于试验和有限元参数分析,指出JGJ 82—2011设计方法的不足之处——未考虑螺栓与焊缝的强度对比关系,提出新的栓焊并用连接承载力建议设计公式,并用国外学者试验研究提出的设计公式与JGJ 82—2011中的设计公式进行比较。对比结果表明,提出的建议公式具有较好的安全性和可靠性。     

螺栓群在弯矩和轴拉力共同作用下的螺栓数设计

提出了螺栓群（包括普通螺栓和高强度螺栓）在弯矩和轴心拉力共同作用下的螺栓数设计公式和方法．算例表明，设计公式简单实用，计算方便，可避免反复试算．     

钢框架梁端翼缘板加强型节点的数值研究

针对翼缘板参数对钢框架梁柱节点抗震机理的影响,对8个1/2尺寸的T型有限元翼缘板加强型节点模型进行低周反复荷载作用下的滞回性能研究,采用有限元软件ANSYS进行模拟分析,得到满足节点抗震要求的翼缘板参数取值数据。研究结果表明,翼缘板加强型节点的塑性铰在距离翼缘板端部1/3梁高位置处形成,翼缘局部屈曲明显,腹板凸凹严重,节点域屈服,塑性铰外移现象明显。同时,翼缘板参数对节点的承载力和延性有明显影响,当翼缘板的长度增加时,节点的承载力有所提高,但其滞回性能和延性降低;当翼缘板的厚度增加时,节点承载力变化不大;翼缘板长度较大(大于1倍梁高)时,柱翼缘发生局部屈曲,违背了"强柱弱梁"的设计思想。建议翼缘板参数取值范围:翼缘板长度为梁高的0.5～1.0,厚度为梁翼缘厚度的1.2倍～1.4倍。     

考虑撬力作用影响的法兰连接节点抗弯承载性能参数分析

法兰连接节点在弯矩作用下将产生撬力作用。为得到撬力作用的关键影响参数,针对法兰连接节点的4种基本形式,利用有限元分析软件ANSYS,对法兰连接节点抗弯承载性能进行分析,着重考虑影响节点受拉区域撬力作用的各种因素。分析发现,法兰盘厚度、法兰盘内外径之比、管径与螺栓内边距之比等参数的变化对撬力作用影响较大,为撬力作用的控制...     

普通螺栓群弯矩和偏心受拉分析

介绍了目前常用于设计弯矩和偏心受拉普通螺栓群连接的简化计算方法,指出了其不足之处,然后推导了其更为精确的计算方法,对弯矩和偏心受拉的普通螺栓群连接设计提出了合理建议。     

美国钢结构抗震“合格梁柱节点”设计方法介绍

钢结构梁柱节点在结构中起着重要作用.1994年美国北岭地震和1995年日本阪神地震中,传统构造形式的梁柱栓焊节点发生了脆性破坏.之后美国对节点的抗震性能进行了大量研究,最终提出了具有良好延性和抗震性能的6种“合格节点”,并编制了相关设计规范.详细介绍这6种合格节点的构造形式和设计方法,以期对我国的钢结构设计规范的修订及梁柱节点的设计和工程应用提供参考.     

钢结构梁柱栓焊混合连接节点的设计方法

简要介绍梁柱栓焊混合连接节点的三种设计方法,并根据节点弹性阶段不滑移和弹塑性阶段不破坏的设计准则,结合三种设计方法的特点,提出考虑连接是否抗震、节点类型以及钢梁应力比等选择合适设计方法的建议,可供设计人员参考。     

钢结构高强度螺栓连接抗火性能的有限元分析

为研究钢结构高强度螺栓受拉与受剪连接的抗火性能,建立有限元分析模型。采用块单元,考虑几何非线性和材料非线性,及高强度螺栓连接安装、受力及受火过程,编制了有限元分析程序。通过与有关的试验结果对比,验证了有限元分析程序计算的准确性和可靠性。在利用程序进行大量参数分析的基础上,导出了钢结构高强度螺栓受拉与受剪连接的抗火临界温度实用计算公式,可供工程上高强度螺栓连接抗火设计采用。     

基于性能的钢结构抗震设计理论与方法

在综述基于性能的抗震设计理论的发展过程基础上,结合《建筑工程抗震性态设计通则》(CECS160∶2004)(试用)的相关规定,对基于性能的钢结构抗震设计理论、方法、抗震构造措施和存在的问题进行介绍,并对我国钢结构抗震设计理论研究的发展方向进行探讨。     

半刚性连接钢框架简化分析的无剪力分配法

通过引入螺旋弹簧刚度 ,推导了半刚性连接梁单元的弯矩转角方程和修正转动刚度 ,并将无剪力分配法推广应用于半刚性连接钢框架的结构分析 ,其计算十分简便 ,可供工程设计人员应用