考虑螺栓连接滑移影响的输电铁塔塔身结构分析

在ANSYS中建立了考虑节点螺栓连接滑移特性的输电铁塔塔身节段三维有限元模型,分别计算得到了垂直荷载和水平荷载作用下塔身节段杆件轴力和节点位移,分析了螺栓连接节点类型、荷载类型和螺栓滑移距离对塔身节段杆件内力和变形的影响。垂直荷载作用下,斜材与主材节点螺栓连接滑移对塔身节段杆件轴力及节点位移的影响更为明显,塔身主材、塔腿斜材和第2节间倒K斜材轴力变化大都高于水平荷载工况;而水平荷载作用下,横隔面杆件与主材螺栓节点的连接滑移是主要影响因素,其对加载点附近塔身主材和交叉斜材轴力的影响显著,第3节间主材和交叉斜材轴力的变化幅度分别达到34.8%和45.2%。螺栓滑移距离对塔身主材和塔腿斜材轴力最大值影响较小,但对加载点竖向变形影响明显。     

采空区基础变形过程中输电铁塔结构动力冲击效应分析

在通用有限元软件ANSYS中建立了220 k V猫头塔有限元模型,分别采用静力和动力方法分析了基础不均匀沉降、倾斜和水平滑移工况的铁塔杆件内力,计算了基础突然变形时输电铁塔结构的动力冲击系数。结果表明,基础变形过程中输电铁塔塔腿斜材应力变化幅度最大并最先发生破坏。铁塔杆件轴力峰值发生在基础沉降的初始时刻附近,而阻尼比对峰值影响不大,阻尼比分别为0.01和0.05时,塔腿主材轴力峰值仅相差约3.5%。对于经过地表变形剧烈的采空区输电线路,基础突然变形对输电铁塔结构的动力冲击效应显著。考虑基础变形动力冲击效应后,不均匀沉降工况下塔腿斜材应力比增大50%以上,单侧倾斜和水平滑移工况的塔腿斜材应力增大幅度超过100%。     

摩擦型高强度螺栓长接头传力比的计算

摩擦型高强螺栓连接接头在现代钢桥中的应用越来越广泛,为研究各排螺栓的传力比特性,根据文献试验结果及有限元数值模拟结果,对螺栓的荷载滑移曲线进行了拟合,在此基础上建立了长列螺栓群接头的受力简化模型,由变形协调条件,通过求解静力平衡方程组,提出了各排螺栓传力比理论计算方法。为验证该理论方法的正确性,设计了2组螺栓接头,实测了其螺栓传力比,试验结果表明,该文方法与试验结果吻合良好。最后对影响螺栓传力的各参数进行研究,结果表明：传力比与芯板与盖板的板厚比,螺栓排数,孔间距等均有显著关系,当螺栓排数大于5时,建议首排螺栓传力比取0.389。     

索杆梁耦合结构分析模型及其应用研究

为了研究索杆滑动连接特性对索杆梁耦合结构受力的影响,定义了由一个通过滑动节点连接的三节点活动滑移索单元和多个两节点非活动滑移索单元组成的单元组,基于更新拉格朗日法推导了三节点直线型滑索单元几何非线性刚度矩阵,并建立了输电线路索杆梁耦合结构有限元模型。通过高压架空输电线路耐张段的非线性静力调索分析验证了耦合结构模型的可行性,探讨了耦合结构在导线发生断裂失效后的动响应变化规律及其传播特性。计算结果表明,导线静态张力与规范设计参数相差较小,可用于后续分析。考虑滑移的导线张力在导线断裂初期有短暂增加的趋势。导线断裂对邻近绝缘子和铁塔横担杆件的受力有明显的影响,且动响应的传播会导致邻近塔的导线张力增加。     

输电铁塔螺栓节点连接滑移特性及模型参数研究

完成了21组输电铁塔螺栓连接试件的拉伸试验,采用ABAQUS软件对典型试件进行了有限元仿真分析,研究了初始间隙、螺栓扭矩、接触面粗糙程度、螺栓孔直径和连接杆件强度等参数对螺栓节点荷载-变形曲线的影响规律。分别按照指数模型和改进的分段多项式模型,对固定端螺栓数量为1、2和3的荷载-变形试验曲线进行了非线性拟合,确定了两种模型的拟合参数取值,分析了两种模型在输电铁塔结构分析中应用的可行性,推荐采用物理意义明确、适用范围更广的指数模型。对于最大间隙、理想间隙和最小间隙三种情况,指数模型得到的荷载-变形拟合曲线与试验曲线吻合较好,能够准确描述螺栓连接滑移过程;最小间隙工况的拟合曲线与试验曲线在线性增加段误差相对较大,最大相对差值范围约为10%~20%。     

高强度螺栓摩擦型连接面抗滑移系数检测过程中若干问题的探讨

抗滑移系数是检查高强度螺栓摩擦型连接面涂层质量的重要参数。从涉及该参数的4个现行有效的国家及行业标准入手,分析了试样的型式、板宽、螺栓孔径、螺栓中心距等因素对抗滑移系数检测造成的影响。结果表明:两栓连接试样较三栓连接试样更能减小试样不均匀变形对检测结果的影响;随着试样螺栓孔径的增大,抗滑移系数随之降低;受到偏心拉伸荷载时,抗滑移系数检测结果偏小。最后对现有检测标准的不足之处进行了讨论,提出了相应的建议。     

新型单边拧紧高强度螺栓摩擦型连接扭矩系数及抗剪性能试验研究

为促进钢结构装配式建筑和可拆卸钢结构的连接技术发展,该文介绍了一种基于传统高强度螺栓的新型单边连接方式,并设计了5个摩擦型连接接头试件。通过开展抗剪试验,研究了其扭矩系数、抗滑移系数、抗剪承载力、抗剪机理等,并与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的相关设计方法进行了对比分析。采用有限元软件ABAQUS建立了高强度螺栓连接接头试件的有限元模型,验证了有限元模型的准确性和适用性,并对该新型螺栓连接接头进行了参数分析。结果表明,该文提出的新型单边拧紧高强度螺栓摩擦型连接方式安装简单、易于施工和拆卸,抗剪连接破坏前螺栓预拉力损失值在15%~20%,其抗滑移系数、抗剪承载力仍可按照现行标准进行设计计算。研究成果能够为此类新型单边连接技术的工程应用提供基础。     

单调加载下不锈钢结构梁柱栓焊混用节点承载性能分析

为了进一步探索研究国内S31608不锈钢材梁柱栓焊混用节点的承载性能及变形能力,该文采用有限元软件ABAQUS建立了6个非线性有限元模型,根据S31608不锈钢材及A4-80螺栓材料本构关系,采用高效精确的有限元模型对不锈钢材梁柱节点在单调加载下的受力性能进行模拟,分析了节点试件梁翼缘板沿梁长方向、焊接孔末端梁宽度方向和剪切板根部的应力分布状况。选取其中一个不锈钢结构梁柱栓焊节点在单调荷载作用下进行了试验验证,试验节点试件螺栓选用不锈钢A4-80螺栓,剪切板与腹板之间连接采用承压型连接开孔受力。试验和模拟结果显示梁柱栓焊节点最大承载力分别为251.6 kN和246.1 kN,最大位移分别为197.9 mm和196.1 mm,模拟结果与试验结果吻合度是较好的,而且模拟结果偏安全,可以在后期的参数分析中用此模型进行分析。试验结果也证明了之前循环试验结果的准确性。     

考虑滑移的空间弹性节点“模糊”精化分析及其在送电线路铁塔中的应用

基于模糊数学的隶属度概念,从节点的弹性位移着手实现节点的模糊转角,推导了空间弹性梁单元的单刚矩阵,给出了模糊转角位移的隶属度与弹簧刚度的映射关系。同时考虑了连接节点的滑移,导出了有滑移杆件的轴向刚度。借助MATLAB 软件,编制了考虑滑移的空间弹性节点模型(SFJS)源程序。利用该程序分析了JJ3 型送电线路铁塔在支座不均匀沉降作用下主材和斜材的轴向力分布规律,数值计算结果与足尺铁塔试验结果吻合良好。相比传统的刚架模型,考虑滑移的空间弹性节点模型计算结果更能准确地反映地表变形作用下送电线路铁塔杆件的内力。分析结果可以为采动区送电线路铁塔的设计、计算和保护提供理论依据。     

盾构隧道管片接头衬砌系统的两种受力设计模型

本文在文献（１）的基础上，详细讨论了梁一弹簧连续模型与梁－接头不连续模型，比较了这两种结构模型的平板管片接头加载条件下的理论解，以及圆形衬砌管片接头构造在一定外力作用下的接头剪力和转动角位移，并采用梁－接头不连续模型模拟了接头的非线性转动效应，结果表明，由这两种模型计算得到了接头部位的内力和变形具有明显不同的表现形式，为模拟管片环在纵向上的错缝拼装方式的整个系统的受力加强作用还引入了纵向剪切接头无     

螺栓与被连接件间轴向相对刚度的修正计算

螺栓连接结构的载荷分配比例和螺栓与被连接件间的轴向相对刚度密切相关。为了更准确地求解螺栓连接结构中螺栓与被连接件间的轴向相对刚度，基于被连接件垂直于螺栓轴的各受压层压应力均匀分布与非均匀分布形式下的轴向压缩变形量解析式，结合有限元仿真结果，提出了被连接件压缩变形体起始直径的修正公式及轴向压缩变形量的修正解析式。通过提取仿真应力值，对压应力理论修正方程、压应力仿真拟合方程进行积分计算。对比计算结果发现：用仿真拟合方程计算得到的被连接件压缩变形体轴向压缩变形量与用理论修正方程计算得到的变形量的误差小于2.5%，这说明用仿真拟合方程求解被连接件压缩变形体的轴向压缩变形量具有较高的精度。研究结果表明：修正起始直径与夹紧长度、螺栓头与螺母支承面直径呈线性关系。压应力非均匀分布下，用被连接件压缩变形体轴向压缩变形量的修正解析式求解螺栓与被连接件间轴向相对刚度时，误差小于2%，表明该修正解析式能够较为准确地计算螺栓与被连接件间的轴向相对刚度。在修正起始直径的基础上，基于被连接件各受压层压应力非均匀分布的轴向相对刚度计算结果比基于均匀分布的更准确。研究结果为理论研究和实际工程中准确分析螺栓的受力情况提供了一定参考。     

Q690钢管塔柔性法兰极限承载力试验研究及有限元分析

该文研究了Q690高强钢管塔柔性法兰极限承载力。为考察这种法兰的受力性能、破坏模式及螺栓的应力分布,以1000kV钢管塔上的连接法兰为背景,进行了2个法兰足尺试件试验。同时,对试验模型进行了非线性有限元数值分析。试验与有限元分析结果表明:所设计的高强钢柔性法兰受力合理,满足工程应用;节点的薄弱部位位于主材与法兰板连接处;对于高强钢法兰螺栓受力修正系数可适当减小,建议 取0.62;同时建议考虑钢管壁厚对节点承载力的影响。     

Quasi-static behaviour of composite joints with protruding-head bolts

An experimental study of the quasi-static behaviour of composite bolted joints under tensile and compressive loading has been performed. The joint plates made of quasi-isotropic and 0°-dominated lay-ups were fastened by two, four, or six titanium bolts. Two specimen configurations were tested: single lap and double lap. Strain gauges were applied in order to measure strain between the bolt rows and to calculate the load transfer of the bolt rows. Bolt-movement measurements were performed using extensometers to examine bolt behaviour under static loading. The obtained experimental results showed that bolted joints with four and six bolts perform better resistance to quasi-static loading than joints with two bolts. Strain distribution between two bolts is significantly affected by the bolt presence and their behaviour under loading. The load-transfer calculations showed that different bolt rows transfer slightly different amounts of load.     

节理面附近锚杆力学模型及其数值流形方法应用

建立了节理面附近锚杆的梁单元模型。该锚杆模型不仅能够准确模拟结构面附近锚杆与结构面的相互作用,而且可以综合反映锚杆的拉压、剪切、弯曲变形以及锚杆进入塑性屈服后的硬化特性。基于该锚杆模型以及数值流形方法的基本原理,发展了锚固节理岩体的流形元模拟方法。由于在数值流形方法中锚杆构件可作为物理网格输入,因此锚杆单元的布设与流形单元网格无关,从而简化了锚杆单元的前处理工作,可以实现大规模锚杆的精细化模拟。通过与加锚节理面直剪试验结果的对比分析,两者较为吻合,验证了该锚杆模型有效性。最后,将该锚杆模型运用于水布垭地下厂房围岩的支护研究,算例表明,该模型较好地反映了锚固岩体的变形行为以及锚杆的加固效果。     

Dynamic responses of connections in road safety barriers

Bolted road safety barrier connections utilise slotted holes that are perpendicular to the direction of the safety barrier beam. Due to the clearance between the slotted holes and the bolts, a varying amount of slippage is seen before contact with the edge of the slot is made. The stiffness characteristics of bolted road safety barrier connections have been examined with a representative test coupon that incorporates a full size safety barrier connection slot to industry standard dimensions.Previous research work has successfully determined the stiffness characteristics of the bolted connections at quasi-static strain rates. Representative non-linear finite element models of the bolted test coupons have been constructed. When compared to the laboratory results the initial stiffness, maximum force and displacement of the bolted connections are similar to the finite element model predictions.Current investigations have moved onto strain rates comparable to those observed in actual vehicle crash tests. Explicit dynamic finite element (FE) models have been constructed and validated, using experimental data produced using a series of high strain rate laboratory tests for a number of bolt configurations.     

含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构滞回性能研究

为了研究含双槽钢截面可更换耗能梁段的高强钢框筒结构(HSS-FTS-RDSL)的滞回性能,利用ABAQUS有限元分析软件建立了2/3比例的单层单跨HSS-FTS-RDSL子结构试件的有限元模型,对耗能梁段所用钢材进行循环加载试验得到其循环本构,验证了有限元模型的准确性和适用性.建立了16个足尺子结构有限元模型,分析耗能...     

游梁式抽油机皮带传动效率的仿真模型

针对游梁式抽油机电动机转速存在波动、皮带传动负载扭矩波动大、皮带纵向弹性变形交变的特点,将皮带简化为无质量的具有抗拉刚度的弹簧,并综合考虑电动机转速波动、皮带与带轮之间滑动摩擦力、皮带传动瞬时负载扭矩对带轮滑动角以及等效弹簧刚度的影响,建立了游梁式抽油机皮带传动装置的动力学仿真模型。根据主从动轮瞬时转速、电动机瞬时输出扭矩的仿真结果,建立了游梁式抽油机皮带瞬时传动效率的仿真模型。仿真结果表明:1)电动机转速存在波动,皮带的纵向交变弹性变形加剧了电动机转速的高频波动;2)从动轮与主动轮之间存在转差损失,降低了皮带传动效率;3)系统达到稳定状态后,皮带传动效率呈周期性变化,皮带传动效率的变化幅度取决于负载扭矩特性。皮带平均传动效率随负载扭矩幅值的增加而降低、随扭矩平衡度的降低而降低;4)游梁式抽油机皮带的平均传动效率一般低于90%。当负载扭矩幅值较大,且扭矩平衡度较低时,皮带的平均传动效率会低于85%。     

A global bolted joint model for finite element analysis of load distributions in multi-bolt composite joints

This paper presents the development and validation of a global bolted joint model (GBJM), a highly efficient modelling strategy for bolted composite joints. Shell elements are used to model the composite laminates and the bolt is represented by a combination of beam elements coupled to rigid contact surfaces. The GBJM can capture effects such as bolt–hole clearance, bolt-torque, friction between laminates, secondary and tertiary bending in the laminates as well as the load distribution in multi-bolt joints. The GBJM is validated using both three-dimensional finite element models and experiments on both single- and multi-bolt joints. The GBJM was found to be robust, accurate and highly efficient, with time savings of up to 97% realised over full three-dimensional finite element models.