复合荷载作用下完全叠接管节点热点应力的实验研究

通过实验研究了完全叠接管节点试件在复合荷载作用下的热点应力。首先研究了完全叠接管节点试件在轴力、平面内弯矩和平面外弯矩分别作用下的应变集中因子,结果表明在轴力和平面外弯矩作用下,该管节点试件的最大应变集中因子产生在靠近L支管的T支管的鞍部,而在平面内弯矩作用下,该管节点试件的最大应变集中因子则产生在L支管的冠跟部。随后,研究了完全叠接管节点试件在复合荷载作用下的热点应力,结果表明在复合荷载作用下最大热点应力可能出现在介于鞍部和冠部之间的任一位置。通过Gulati等和API所提出的复合荷载作用下的叠加方程与实验结果比较,发现Gulati等所提出的方程与实验结果吻合得很好,而API所提出的方程则偏于保守。     

轴向力作用下完全叠接管节点应力集中因子的参数方程

通过试验和数值研究推导了完全叠接管节点试件在轴向力作用下应力集中因子的参数方程.首先进行了完全叠接管节点试件在轴向力作用下的实验.采用带有前处理和后处理程序MENTAT的有限元软件MARC对该管节点进行数值模拟,选取8节点厚壳单元建立有限元模型.实验试件与有限元模型在轴向力作用下应变集中因子的平均差值为7.9%,说明有限元模型的计算结果与实验结果吻合.随后通过大量的数值计算研究了完全叠接管节点几何参数与应力集中因子之间的关系.分析结果表明管节点的应力集中因子随着βCT,TTL,ξT和γC的增加而增大,但随着TCT和θ的增加而减小.最后利用非线性回归软件DataFit推导出求解完全叠接管节点应力集中因子的参数方程.通过与实验结果比较,验证了该参数方程满足评估许可准则.     

平面内弯矩作用下T型铸钢节点承载性能分析

目前的管节点设计规范中通常只给出支管轴力作用下的承载力设计值,而没有给出支管在弯矩作用下的承载力公式.但是事实上,很多钢管结构的构件当中存在着不可忽略的弯矩作用,甚至节点的承载力也是由弯矩控制而不是轴力.因此,我们有必要对铸钢节点在弯矩作用下的承载性能进行理论分析.本文针对T型铸钢节点,通过Solidworks软件建立三维模型,采用通用有限元软件Ansys进行非线性分析.结合有限元计算结果,对T型铸钢节点在平面内弯矩作用下的承载力进行了参数分析,给出了T型铸钢节点在支管受平面内弯矩作用下的极限承载力公式.在焊接管节点几何参数的基础上,铸钢节点增加了由C.D.Edwards首次提出的倒角系数ρ.本文重点讨论了该系数对铸钢节点承载力的影响.     

平面内弯矩作用下T型铸钢节点承载性能分析

目前的管节点设计规范中通常只给出支管轴力作用下的承载力设计值,而没有给出支管在弯矩作用下的承载力公式。但是事实上,很多钢管结构的构件当中存在着不可忽略的弯矩作用,甚至节点的承载力也是由弯矩控制而不是轴力。因此,我们有必要对铸钢节点在弯矩作用下的承载性能进行理论分析。本文针对T型铸钢节点,通过 Solidworks软件建立三维模型,采用通用有限元软件Ansys进行非线性分析。结合有限元计算结果,对T型铸钢节点在平面内弯矩作用下的承载力进行了参数分析,给出了T型铸钢节点在支管受平面内弯矩作用下的极限承载力公式。在焊接管节点几何参数的基础上,铸钢节点增加了由c．D．Edwards首次提出的倒角系数ρ。本文重点讨论了该系数对铸钢节点承载力的影响。     

平面内三向轴压和弯矩共同作用下焊接空心球节点承载力

根据理想弹塑性应力－应变关系和Von-Mises屈服准则，考虑几何非线性影响，建立了焊接空心球节点的有限元分析模型，对在平面内三向轴力作用以及平面内三向轴力与弯矩共同作用下的焊接空心球节点的承载能力进行了非线性有限元分析.参数分析结果表明，在平面内三向轴力作用下，焊接空心球节点的承载力主要和钢管直径与球径的比值、球壁厚以及荷载比值有关；在平面内三向轴力与弯矩共同作用下，焊接空心球节点的承载力主要和钢管直径与球径的比值、偏心距、球壁厚以及荷载比值有关.根据有限元分析结果给出了焊接空心球节点承载力的实用计算公式.当两侧钢管的直径不同时，计算采用较大钢管的直径；当钢管间的夹角为45°～75°时，计算公式仍可以近似采用.     

复合载荷下T型管节点应力集中系数研究

提出一种复合载荷下T型管节点应力集中系数(SCF)数值计算方法,并就SCF海冰参数影响进行研究.鉴于采用位移边界条件对管节点应力分析不能充分体现管节点交界处应力集中情况,选用载荷边界条件法计算管节点SCF;借助于ANSYS软件子模型技术,实现在模型中同时施加轴力、面内弯矩和面外弯矩三种基本载荷,采用外推插值法分析复合载荷下管节点交界处应力分布,直接计算出SCF.最后利用该方法研究三个海冰参数:冰厚、来冰方向和冰速对SCF的影响规律,为不同工况下平台冰激疲劳评估选择合适的SCF提供理论依据,具有十分重要的工程应用价值.     

双平面T型方管加强节点的承载力性能研究

通过有限元软件ANSYS对双平面T型方管相贯焊接加强节点轴力和弯矩作用下的极限承载力进行了数值模拟研究,采用的加强方式在主管内部设置纵向加劲肋。研究结果表明这种加强方式对于双平面T型节点的单项承载力都有不同程度的提高作用,且提高幅度与几何参数有关。     

矩形钢管焊接球节点的有限元分析与试验研究

为了解轴力、弯矩及两者共同作用下矩形钢管焊接空心球节点的受力性能与承载能力，进行了有限元分析和试验研究.采用理想弹塑性应力-应变关系、Von-Mises屈服准则，建立了基于几何非线性的有限元模型，对承受轴力、弯矩及它们共同作用的矩形钢管焊接球节点进行了大量的有限元参数分析.对4个典型足尺节点进行了试验研究，直观了解节点的受力性能和破坏机理，并验证了有限元模型的可靠性.研究表明，轴力和弯矩共同作用的焊接球节点的轴力-弯矩相关关系与节点的几何参数无关，极大地简化节点承载力的计算方法.     

复杂荷载下不等宽T型方管节点承载力计算

直接焊接方管节点是复杂的三维空间薄壁结构,对其理论分析必须考虑几何非线性和材料非线性的影响．采用能处理几何非线性和材料非线性影响的有限元方法,研究了几何参数变化对弯矩作用下不等宽T型方管节点性能的影响．给出了在弯矩、轴力作用下节点的承载力公式．通过对压弯组合作用下节点承载力的研究,给出了在压弯组合作用下节点的设计公式．     

环口板加固T型圆钢管节点的应力集中系数

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象。局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏。在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅(S-N曲线方法)确定其疲劳寿命。在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围的应力集中系数。本文对4个环口板加固T型圆钢管节点试件以及相应的4个未加固试件的应力集中系数进行了试验研究。通过试验测试和结果分析,得到了轴向荷载下环口板加固试件及未加固试件沿焊缝的应力集中系数分布,通过比较发现,环口板加固后的T节点试件的应力集中系数相对于未加固试件有明显减小,说明这种加固措施可以提高管节点的疲劳寿命。     

TX型方钢管相贯节点X支管平面内抗弯刚度分析

为了分析TX型方钢管相贯节点在复杂边界条件下X支管平面内抗弯刚度的影响,以相贯节点足尺试验为基础,采用量纲分析得到影响相贯节点抗弯刚度的主要无量纲参数,利用有限元软件分析X支管平面内抗弯刚度受主要无量纲参数的影响,并展开研究.试验表明：主管的轴向拉力可以略微提高X支管平面内抗弯刚度.通过分析几何因素对抗弯刚度的影响,结果表明：X支管平面内抗弯刚度主要取决于X支管与主管的宽度比和宽厚比.     

Experimental Study on a Single Layer Two-Way Grid Shell with Tension Members

Single layer two-way grid shell with in-plane and out-of-plane tension members is a new type of single-layer latticed shell roofs. Compared with traditional single-layer latticed shells, this new type has a unique mesh form and excellent rigidity. In order to further understand the buckling behaviors of single layer two-way grid cylindrical shell roof with tension members, the buckling experiments have been undertaken to investigate the effect of tension members, in either out-of-plane or in-plane placement. A single layer two-way grid cylindrical shell roof with out-of-plane tension members has been tested under symmetric and asymmetric loading. The tension member placement, the introducing initial axial force to tension members and the load patterns are considered to investigate the buckling behavior. Experimental results indicate that four long out-of-plane tension members work well under symmetrical loading, but only two long out-of-plane tension members work under asymmetrical loading. It can be concluded that the PC bar members used as tension members for this study are useful in the construction of a single layer two-way grid cylindrical shell roof with structural members intersecting at small angles.     

方管搭接支杆平面内计算长度有限元分析

为了得到方管桁架中搭接支杆平面内计算长度及其随几何参数的变化规律,采用钢结构稳定理论建立了两端弹性转动约束轴心受压构件的屈曲方程.分析得到了搭接支杆平面内计算长度系数的主要影响参数为:受压杆件的长细比λ、支弦杆的宽度比β,支弦杆的厚度比τ、弦杆的宽厚比γ、搭接率ov及支弦杆夹角.θ采用考虑几何非线性和材料非线性的有限元方法,对方管桁架中端部为K型搭接节点的受压支杆的计算长度进行了分析,得到了支杆计算长度系数随主要影响参数的变化规律.从分析结果可知,桁架支杆发生弯曲破坏,计算长度系数在0.55~0.9变化,受几何参数变化影响很大.因此采用理想铰接条件进行桁架杆件的稳定设计是很保守的.     

钢筋套筒灌浆对接与搭接接头力学性能对比

为研究套筒灌浆对接和搭接接头力学性能差异,进行了24个对接和12个搭接接头单向拉伸试验,对比研究了接头的破坏形态、承载力、延性、力-位移曲线、套筒应变等.对接接头在加载过程中套筒中部灌浆料出现全截面开裂现象,加载结束发生了灌浆料从套筒中拔出破坏,搭接接头无以上现象.试验结果表明在套筒长度相同时,搭接接头承载力、总伸长率、刚度分别是对接接头的5~7倍、3~5倍、2~3倍,位移延性系数大于对接接头;在锚固长度相同时,搭接接头承载力、位移延性略大于对接接头,两者初始刚度差别不大,而搭接接头中后期刚度高于对接接头.对接接头套筒中部截面纵向受拉,而搭接接头加载前期受拉,后期受压,反映搭接接头对套筒抗拉强度要求较低;对接接头套筒中部截面环向受压,而搭接接头加载前期受压,后期受拉,说明搭接接头套筒中部对灌浆料约束作用大于对接接头.搭接接头力学性能优于对接接头,可运用于预制装配式结构钢筋连接.     

弦杆弯折对圆钢管节点抗弯承载力的影响分析

对弦杆为折杆的圆钢管T型相贯节点平面内抗弯极限承载力研究的必要性和国内外目前的研究现状作了简述。对该类节点的平面内抗弯承载力破坏准则做出了定义。通过弦杆为直杆的T型节点平面内抗弯承载力有限元计算结果与《空心管结构连接设计指南》计算值比较,认为可以利用经过试验验证的板壳有限元方法进行弦杆为折杆的T型节点平面内抗弯极限承载力分析。研究结果表明,随弦杆弯折角度Φ值的增大节点抗弯极限承载力增大,弯折角度30°以内可以忽略由于弦杆弯折带来的节点抗弯承载力提高。通过单参数分析各参数对平面内抗弯承载力的作用趋势和影响大小。在一定的几何参数条件下,节点抗弯承载力大于杆件抗弯承载力。     

复杂载荷下含体积性缺陷弯管的塑性极限载荷

通过非线性有限元分析给出了含体积性缺陷弯管在内压、面内弯矩、面外弯矩和扭矩作用下的塑性极限载荷。对与体积型缺陷（长轴、短轴和深度）和管线（外径、壁厚和弯曲半径）有关的几何变量进行了系统的分析,并考虑了内压和面内弯矩、面外弯矩和扭矩的组合。结果表明壁厚、缺陷深度和缺陷方向对极限载荷影响较大。     

劲性梁-钢管砼柱不穿心节点钢管壁受力与梁端变形特点

主要针对梁端传递弯矩、不同加载方式、管壁厚度等对钢梁不穿心的劲性梁-钢管混凝土柱节点的节点区钢管壁受力特点的影响,以及劲性梁梁端的变形特点进行试验研究.试验结果表明,节点区钢管壁的局部变形随梁端传递弯矩的增大而增大,施加弯矩时的初始轴压越大,变形越大.但梁端传递弯矩对节点区的影响只局限于局部,节点区的轴压承载能力和工作性能基本不受影响.