圆管-方管混凝土T型节点疲劳性能试验研究

基于热点应力法的管节点疲劳性能研究思路中,热点应力集中系数和疲劳寿命是描述焊接管结构节点疲劳性能的两个主要方面。对8个支管为圆管主管为内填充C50等级混凝土的方管节点试件（CT1～CT8）进行热点应力试验以确定其热点应力集中系数（SCF）,在此基础上进行疲劳试验以确定其疲劳寿命（N3）,并将试验结果与具有相同几何尺寸和受力条件的圆管-方管节点试验结果以及相关规范进行比较分析。研究表明,支管受轴向荷载下,圆管-方管混凝土节点较对应空钢管节点而言,节点区刚度分布有明显改善,前者SCF最大值均小于后者SCF最大值,具有更好的疲劳性能;已有规范中关于空钢管节点疲劳性能的S-N曲线不适用于进行圆管-方管混凝土T型节点的疲劳性能分析。     

地铁车站STS新管幕构件抗弯承载力试验研究

某地铁车站采用STS新管幕结构作为初期支护。为研究新管幕构件在跨中集中静载作用下的抗弯性能,共进行8榀新管幕构件的对比试验。主要变化参数为横向连接螺栓、上下翼缘板是否焊接、连接螺栓通长、钢管间距、翼缘板厚度和混凝土强度等级。试验结果表明:下翼缘板焊接显著提高了新管幕构件的刚度和极限承载力;横向螺栓连接、翼缘板厚度加大、混凝土强度等级提高、连接螺栓通长对新管幕构件的极限承载力影响较小,但对新管幕构件的刚度影响较大;上翼缘板焊接、钢管间距减小对新管幕构件的刚度和极限承载力影响均不明显。建议给出新管幕构件正截面抗弯承载力的计算公式,计算结果和试验结果吻合较好。     

波形钢腹板钢管混凝土模型拱面内极限承载力试验研究

进行了波形钢腹板钢管混凝土模型拱的面内两点非对称和对称加载试验。对模型拱的挠度、钢管应变、波形钢腹板应变、极限承载力等进行了分析。试验结果表明:波形钢腹板钢管混凝土拱是一种受力性能很好的新型组合拱。在这种结构中,波形钢腹板与钢管混凝土弦杆均能发挥其各自的优势。它与钢管混凝土单圆管和哑铃形拱相比,刚度与承载力有了很大提高;与钢管混凝土桁拱相比,避开了节点破坏问题,模型拱呈总体破坏特征,从而使其延性与极限承载力明显提高。有限元分析表明:在承载力分析中应考虑双重非线性的影响。极限承载力简化计算不能采用钢筋混凝土拱的极限状态法,而可以采用钢管混凝土单圆管和哑铃形拱中的等效梁柱法。     

钢管混凝土哑铃形短柱轴压试验研究

进行了10根钢管混凝土哑铃形轴压短柱的试验。试验参数为两管间距、腹板间距以及腹板有无拉杆加劲。分析了构件的破坏机理、荷载-位移曲线、圆管与钢腹板的荷载-应变曲线和荷载-组合材料泊松比曲线。分析结果表明,在哑铃形轴压构件中的圆钢管混凝土与单圆管钢管混凝土的受力性能基本相同,腹腔内的混凝土有受到约束作用,钢腹板与圆钢管交接处的焊缝开裂是构件最后破坏的主要特征。在试验分析的基础上,提出了钢管混凝土哑铃形轴压短柱承载力的简化计算方法。     

自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点足尺试验研究

为了减小钢管混凝土柱—钢梁框架结构震后的残余变形,提出了一种腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点型式。介绍了自复位节点的构造,并对其受力性能进行了理论分析。通过3个自复位节点试件的低周反复加载试验,研究节点在循环荷载作用下的自复位和耗能能力。分析了自复位节点可能的破坏模式,钢绞线预应力和摩擦装置螺栓的预紧力对节点受力性能的影响,还分析了钢绞线预应力的变化规律和节点主要部位应变的变化特点。研究结果表明,腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点具有良好的耗能和自复位能力。节点初始刚度、临界开口弯矩和自复位能力随钢绞线预应力的增大而提高。节点耗能能力随腹板摩擦装置螺栓的预紧力的增大而提高。     

矩形钢管K型节点复合型应力强度因子计算方法研究

相比圆形钢管桁架,矩形钢管桁架在施工方面具有一定的技术经济优势,并已广泛应用于桥梁工程中,鉴于断裂力学法评估该类结构疲劳性能的需要,该文探讨矩形钢管K型节点在支管拉压平衡荷载作用下的应力强度因子计算方法。提出带表面裂纹矩形钢管K型节点有限元建模方法,并与试验进行验证;通过参数分析,研究节点和裂纹几何参数对节点几何修正系数Y的影响;多元回归分析拟合得到矩形钢管K型节点应力强度因子计算公式及其修正后的设计计算公式,并通过算例分析给出基于断裂力学的钢管节点剩余疲劳寿命评估方法。结果表明：有限元结果与试验结果比值均值为1.012,变异系数为0.034,两者最大差值仅为5.5%,表明有限元计算结果可靠;节点几何参数2γ、τ与Y呈正相关,θ与Y呈负相关,其原因主要在于节点相贯线处刚度和受拉荷载变化,改变了裂纹尖端应力场,从而影响了裂纹扩展速率,裂纹几何参数c/a与Y呈正相关,但影响不明显,a/t₀与Y呈负相关;提出的应力强度因子计算公式与有限元计算结果吻合良好,且修正后用于设计的计算公式具有95%的可靠度;圆形钢管节点应力强度因子高于矩形钢管节点,平均提高24.9%,说明在相...     

穿心板式钢管混凝土柱-钢梁栓焊连接节点力学性能分析

该文提出两种适用于窄截面钢管混凝土柱的穿心板式栓焊节点，两种节点的下翼缘和腹板采用螺栓连接，上翼缘采用焊接连接。该节点既能有效避免室内凸角的出现，又能解决全螺栓连接节点需要预留安装缝、节点刚度偏低的问题，同时具有可快速装配、方便混凝土浇筑等优点。该文阐述了节点的构造、加工及装配过程、设计原理；基于单调加载试验建立有限元模型，分析了该节点的受力过程、破坏模式、刚度和延性。结果表明：有限元模型分析结果与试验吻合较好；穿心板式栓焊连接节点的主要破坏模式为梁受压翼缘的屈曲及相邻腹板的鼓曲，节点塑性铰远离节点核心区，符合强节点弱构件的设计原理；节点属于刚性连接，具有较大的刚度和承载力、较好的延性。     

金属圆管增强夹芯柱屈曲分析

金属圆管增强复合材料夹芯结构是一种新型的轻质多功能结构。考虑了横向剪切变形对临界载荷的影响,以实验方法测量出夹芯柱的横向剪切刚度,计算出临界屈曲载荷的理论值,并从实验上加以验证。利用有限元分析软件ABAQUS,模拟了夹芯柱宏观屈曲的形式,并与理论值和实验值进行了对比,结果吻合较好。采用数值模拟方法,研究了临界屈曲载荷与金属圆管排布方式之间关系。结果表明:金属圆管增强夹芯柱宏观屈曲主要以横向剪切屈曲为主;临界载荷值随着圆管在长度方向上的间距变小而增大;在圆管总重量和高度不变的情况下,临界载荷随着圆管半径和间距的变小而增大。研究结果对于在轴向压缩载荷下的金属圆管增强夹芯柱设计具有重要的指导意义。     

钢结构梁柱连接节点刚度的半解析测试方法

通过半解析测试方法获取钢结构梁柱连接节点的半刚性特性。在半刚性节点理论分析的基础上,导出了包含节点连接刚度的计算模型;然后通过结合已知的梁端实测荷载和位移试验值,给出了一种有效的求解节点刚度的半解析测试方法。该方法可以克服试验中直接测量节点转角的困难和精度误差,而且与有限元分析结果相比,其计算结果更符合实际真实解。数值算例结果表明,采用该文提供的半解析测试方法获取钢结构梁柱半刚性连接节点M-θ曲线是简单、有效和准确的。     

内配圆钢管的圆钢管混凝土构件耐撞性能分析

内配圆钢管的圆钢管混凝土是一种新型复合形式的组合构件,由圆钢管混凝土内部配置同心位置的圆管,并在内部圆管的内外两侧均浇筑混凝土而形成的构件。基于有限元软件ABAQUS对内配圆钢管的圆钢管混凝土构件在低速横向撞击作用下的耐撞性能进行了数值模拟,数值结果与其他研究者完成的钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土试件的撞击试验数据进行了对比,验证了模型的正确性。采用该模型分析了此类组合构件在横向撞击作用下的动力响应全过程及其典型破坏模态,对影响其耐撞性能的主要影响参数进行了分析,初步得出了各主要影响参数对此类组合构件耐撞性能的影响。参数分析结果表明,提高外钢管的强度及含钢率可以有效地改善该构件的耐撞性能,而混凝土强度的变化对构件耐撞性能的影响很小;增强构件两端的支座约束,可以增强构件的耐撞性能;构件的内外径之比为0.6～0.8时,构件具有较好的耐撞性能。     

核电工程双钢板组合墙-筏板基础插筋式锚固节点拉拔性能试验研究

双钢板混凝土组合结构结合了钢与混凝土两种材料的优势、力学性能以及耐久性优越,且施工快速便捷,正越来越广泛地应用于核电工程中.双钢板混凝土组合墙与钢筋混凝土筏板基础的锚固节点是其优越性能充分发挥的关键之一.插筋式节点相较于传统嵌入式节点和埋件式节点可以显著提高施工效率,从而得到更多青睐,但是目前关于该类节点锚固性能的研究...     

Finite element analysis of steel beam to column connections subjected to blast loads

The behavior of fully restrained steel connections subjected to blast loads was examined using finite element analysis. Two connections that were tested as part of the AISC Northridge Moment Connection Test Program (Report for AISC, 1994) were studied using ABAQUS. Models were validated by comparing numerical results against AISC Program experimental data. Validated models were then subjected to simulated blast loads and their efficiency against those blast loads was verified based on criteria specified in TM5-1300 (Department of the Army, Structures to resist the effects of accidental explosions, 1990). Adequacy of TM5-1300 criteria was investigated and critical zones in the connection details were identified. Based on the results of the study, recommendations for modifications to TM5-1300 criteria were made and the effectiveness of the chosen connection details under blast loads was summarized. The results showed that the TM5-1300 criteria for steel connections subjected to blast loads are inadequate. Also the unreinforced (pre-Northridge) connection detail performed poorly under blast loads with excessive deflections and above yield stresses in the connection region while the reinforced connection detail showed improved resistance against blast loads and this connection may be an option when detailing steel framed connections to resist blast loads.     

半刚性梁柱节点连接的初始刚度和结构内力分析

给出了考虑节点半刚性连接的线性化模型初始刚度的计算公式,推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式,讨论了半刚性连接对框架内力的影响。通过分析表明,半刚性连接的初始刚度主要与连接件的抗弯刚度、板厚以及螺栓的分布位置有关。半刚性连接框架受连接柔性的影响,钢框架采用半刚性连接会使横梁的杆端负弯矩减少,而跨中正弯矩要相应增加,按刚性连接设计不符合实际受力情况。其结果将高估由梁端传到柱的负弯矩而低估梁的跨中正弯矩,框架的半刚性连接对结构受力性能有明显影响,在钢框架分析和设计中,应考虑半刚性的影响。     

薄壁方钢管新型梁柱节点抗震性能试验研究

为减少薄壁方钢管梁柱连接施焊次数,避免焊接区域脆性恶化,满足“强柱弱梁”的抗震设计要求,提出了一种分散焊接的新型节点。利用往复加载试验对不同轴压比下两类节点的8个足尺试件进行研究。通过对比分析得到新型节点试件的破坏模式、滞回曲线及评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性、刚度退化和能量耗散系数等)。同时,利用非线性有限元模型对两类节点进行了模拟计算,并将计算结果与试验结果进行了对比分析。结果表明:试验与有限元计算结果吻合良好;新型节点延性好,屈服平台长,弹塑性得到充分发挥,累计耗能能力强,能较好地吸收和耗散能量;轴压比对耗能能力及位移发展影响小;新型节点采用分散焊接的方式,提高了节点变形能力,降低了节点板件的脆性,破坏时以C钢腹板屈曲作为破坏准则,节点发生延性破坏,适合在高烈度抗震设防区使用。     

钢框架不同构造形式焊接节点抗震性能分析

研究节点的构造形式对于改善钢框架结构的延性、防止发生脆性破坏、提高结构的抗震能力有着重要的意义,为了系统全面地对比不同构造形式对于钢框架焊接节点抗震性能的影响以及构造形式对于节点在地震作用下的反应和破坏形态的改变作用,采用通用有限元软件ABAQUS 建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟静力试验,验证了建立的有限元模型对模拟局部屈曲的准确性和适用性。通过建立九种不同构造形式的节点模型,与标准节点在承载力、刚度、滞回性能、退化特性、断裂倾向指数、破坏形态以及塑性铰位置等进行对比分析,深入探讨不同构造形式节点的受力性能,为工程应用提供重要依据。分析结果表明:剪切域强弱对于节点的破坏模式有较大影响;同时考虑抗震效果、建筑要求以及经济指标,削弱型节点并没有过多的削弱节点承载能力以及刚度,并且滞回性能稳定,“狗骨头”型节点存在侧向稳定性问题,而腹板开洞型节点无论是在滞回性能还是破坏形态方面都具有较好的表现。     

键槽装配式拼缝受剪性能试验研究与理论分析

为了提高装配式RC剪力墙结构中装配式拼缝的受剪性能,提出新型键槽装配式拼缝。开展键槽装配式拼缝的受剪性能试验研究,研究不同的键槽倾角、键槽高度和轴压比对其承载力和刚度的影响,进而揭示其失效破坏模式。在此基础上,对键槽装配式拼缝的受力性能进行理论分析,推导其相应的承载力计算理论公式,并利用试验结果对理论分析结果的有效性进行验证。研究结果表明,键槽的设置能够有效提高装配式拼缝的抗剪承载力,与平行装配式拼缝相比,键槽装配式拼缝的峰值荷载提高百分比大于15%。当键槽倾角在45°～90°范围内时,键槽可以有效提高键槽装配式拼缝的峰值荷载,且设置不同键槽倾角的键槽装配式拼缝的峰值荷载相差不多。随着键槽高度的增大,键槽装配式拼缝的开裂荷载和峰值荷载均略有提高,当键槽高度在5 cm～7 cm范围内时,键槽装配式拼缝的峰值荷载相差不多。随着轴压比的增加,键槽装配式拼缝的峰值荷载逐渐增加。基于剪切-摩擦理论建立的键槽装配式拼缝峰值荷载的计算公式,理论公式计算值和试验值吻合较好。     

冷弯薄壁型钢锁铆连接力学性能及其本构模型研究

为将锁铆连接引入冷弯薄壁型钢结构中构件的连接,对锁铆连接及自攻螺钉连接的试件进行了抗拉、抗剪性能试验,探讨了铆钉端距、基板厚度差、铆钉长度等参数对锁铆连接抗剪性能的影响;基于传染病传播动力学SIR模型建立了铆接本构模型,提出了锁铆连接抗剪承载力设计计算方法。研究结果表明:锁铆连接的主要破坏模式为延性破坏模式,表现为铆钉腿部剥离下层板材并伴随铆钉头部局部脱离上层板材,且刚度、强度和耗能性能均明显优于自攻螺钉连接;所建立的本构模型能够较精确反映锁铆连接荷载-变形曲线的变化趋势,且抗剪承载力的理论值和试验值误差较小;锁铆连接用于冷弯薄壁型钢板间连接时,其组合厚度不宜大于4 mm,厚板与薄板的厚度比不宜大于1.5,锁铆接头的端距应大于2倍铆钉直径。     

High-frequency resonant characteristics of triple-layered piezoceramic bimorphs determined using experimental measurements and theoretical analysis

This is an experimental, theoretical, and numerical investigation of vibration characteristics in high-frequency resonance, which are studied for parallel- and series-type piezoelectric bimorphs. In the experimental measurements, the full-field optical technique known as electronic speckle pattern interferometry (ESPI) is used to measure the transverse (out-of-plane) and planar (in-plane) resonant frequencies and corresponding mode shapes for piezoelectric bimorphs. In addition, in-plane resonant frequencies are obtained from impedance analysis and the response curves of the frequency spectra show different vibration characteristics of the piezoelectric bimorphs with different electrical connections. Piezoelectric bimorphs with normal connections have three-dimensional coupled vibration characteristics and the out-of-plane vibration dominates the motion. However, only in-plane vibration motions can be excited in the high-frequency range for abnormal connections, and the resonant characteristics are similar to the single-layered piezoelectric plate. The triple-layered piezoelectric bimorphs with abnormal connection are also analyzed using theoretical analysis. The resonant frequencies, mode shapes, and normalized displacements are calculated based on the analytical solution. The experimental results and the theoretical analysis are in good agreement with the numerical calculations using the finite element method. From the discussion of the results for the parallel- and series-type piezoelectric bimorphs with normal and abnormal connections, the vibration characteristics at high frequencies are completely analyzed in this study.     

工字梁与H型钢柱腹板连接节点性能分析

利用ANSYS对工字梁与H型钢柱腹板连接节点进行有限元分析,建立梁翼缘连接板剪切变形和梁连接板部分弯曲变形理论分析模型,推导出梁翼缘连接板剪切变形的等效刚度公式,根据楔形梁段假定推导出梁连接板部分的抗弯刚度公式,并通过有限元分析确定刚度系数。根据对梁柱腹板连接节点各部分刚度和强度分析,建立腹板连接节点模型。这个简化模型可以用来分析单向荷载和循环荷载作用下梁柱腹板连接节点的响应。