750kV格构式变电构架K形节点试验研究及有限元分析

针对750k V格构式变电构架K形节点进行了足尺试验及有限元仿真分析,考察了其在设计荷载和1.5倍设计荷载下的受力变形情况及极限承载力。结果表明,设计荷载下750k V格构式变电构架K形节点仍处于弹性工作状态;1.5倍设计荷载下,该节点仍然安全。     

新型带悬臂梁段栓-焊拼接节点力学性能研究

以提出的新型带悬臂梁段栓-焊拼接节点的试验数据为基础,从节点极限承载力、破坏模式、各部件应力分布及塑性区扩展等方面进行非线性有限元模型校验,基于校验后的模型研究了几何、材料及荷载等参数对节点初始刚度及极限弯矩的影响,并提出了节点设计方法。有限元分析结果表明,单向荷载作用下,法兰板的厚度对节点初始刚度的影响较大,当板厚大于20mm时,节点初始刚度和极限承载力显著增加;往复荷载作用下,连接法兰板的螺栓孔周围出现了明显的应力集中现象,随着荷载的增大,高强度螺栓由摩擦型转为承压型;该类型节点力学性能良好,符合工业化装配式钢结构体系设计要求。     

钢框架刚性连接加强型节点滞回性能试验研究

针对加强板参数对钢框架梁柱节点抗震机理的影响,设计制作4个翼缘过渡板和4个盖板加强型节点试件,采用1/2缩尺比例的T型试件进行低周反复循环荷载作用下的滞回性能试验研究,并在试验研究基础上采用有限元ANSYS进行数值模拟分析,得到满足节点抗震设计要求的加强板参数取值依据。研究结果表明板式加强型节点的塑性铰在距离加强板端部1/3～1/4梁高位置形成,梁柱连接焊缝均未出现开裂现象,翼缘局部屈曲明显,腹板鼓凸严重,塑性铰现象十分明显;加强板几何参数对节点的承载力和延性均有明显影响,当加强板的长度和厚度增加时,节点承载力有所提高,但其滞回性能和延性性能降低;加强板长度取值过大,节点域在梁塑性铰形成和外移之前发生剪切屈服破坏,限制了加强板末端塑性变形的发展机制。建议加强板参数取值范围:翼缘过渡板或盖板加强板的长度为梁高的0.5～0.8倍;翼缘过渡板厚度为梁翼缘厚度的1.2～1.4倍,盖板加强板厚度为梁翼缘厚度的0.7～1.2倍。     

输电钢管塔双层塔脚法兰受力性能试验研究及有限元分析

提出了一种适用于输电钢管塔塔脚的双层法兰节点连接型式,指出其上、下法兰板厚度的确定是该法兰节点设计的难点。为分析双层塔脚法兰的受力性能,以榕江大跨越塔工程为背景,设计了1：2.9缩尺模型试件进行静力试验,并对试验模型进行有限元非线性数值分析。结果表明：双层塔脚法兰受力合理,可用于实际工程;在进行双层塔脚法兰设计时,其螺栓、肋板及焊缝可按传统法兰设计;上、下法兰板厚度可按三边固支一边自由的矩形板受等效均布压力计算确定;鉴于上法兰板实际受力性能比等效均布荷载作用下差,其荷载应进行调整,建议调整系数取1.6;对于下法兰板,由于实际受力时三边约束与理论计算时存在差异,其厚度可以折减,建议折减系数取0.85。     

异形空心构件螺栓端板连接节点受力机理及性能研究

结合国外某火车站站房钢结构异形构件,采用有限元接触单元研究了十字形端板连接节点的受力特点。首先介绍节点在单向荷载作用下不同位置螺栓的受力情况,并通过改变节点构件的尺寸及螺栓预紧力研究节点不同的失效模式;其次考察节点在往复加载下的受力性能,研究立柱板件厚度、端板厚度及螺栓预紧力的影响。本文的计算结果指出该节点的设计应考虑各构件之间的强度匹配,以保证节点具有足够的承载力及优良的耗能能力。     

六杆四面体单元端板式节点受力性能研究

提出了一种可满足六杆四面体单元装配化施工要求的节点形式——端板式节点。即六杆四面体单元的弦杆与腹杆相贯焊接于端板，通过端板上的高强螺栓实现单元之间的连接。设计并制作了2个足尺节点模型，分别考察其在压弯和轴拉荷载作用下的受力性能，得到了端板节点的位移、应变发展特点及破坏形态。采用ABAQUS软件进行考虑接触非线性的有限元分析，得到了杆件、端板及高强螺栓的应力和变形。试验和有限元分析结果表明：在压弯荷载作用下，端板节点发生杆件屈曲和近节点域处鼓曲变形破坏，且杆件屈曲破坏先于节点域鼓曲破坏；节点域高应力区主要集中在三杆相贯焊接形成“谷底”处；高强螺栓在整个加载过程中最大应力约为其屈服应力的10%。轴拉荷载作用下，节点发生端板拉屈破坏；位于缺口两侧的高强螺栓发生拉弯变形，建议适当增设加劲肋和增加端板厚度，以提高端板刚度。通过数值计算得到的端板节点宏观变形、荷载-位移曲线及部分荷载-应变曲线均能与试验结果较好吻合，反映了数值分析模型的有效性与准确性。     

半刚性端板节点在循环荷载作用下的非线性有限元分析

运用有限元数值分析软件ABAQUS建立半刚性端板节点模型,对其在循环荷载作用下进行非线性有限元分析,并与相应的试验结果进行了比较验证.结果表明:用ABAQUS建立的有限元模型能够准确地模拟端板节点在循环荷载作用下的整体受力性能,为进一步运用该模型对各种不同形式和构造的端板节点进行全面的有限元非线性参数分析计算提供了正确依据.并分析得出了端板厚度、螺栓直径、螺栓布置、端板加劲肋等因素对端板节点承载力、极限转动能力、耗能能力和延性的影响特性,为半刚性端板节点的抗震设计提供了参考依据.     

江阴魔方时代广场SRC梁柱节点试验研究

江阴魔方时代广场主楼为罕见的大悬挑结构,核心区梁柱节点荷载较复杂。对关键节点进行足尺模型试验,研究节点在静力荷载下的受力性能并验证其安全性,试验结果表明:在1.0倍设计荷载作用下,节点全部处于弹性状态;在1.6倍设计荷载作用下,节点未发生破坏。对试件进行了有限元分析,计算节点的极限承载力。计算结果表明:有限元分析与试验结果吻合,节点设计安全合理。     

Mechanical behavior research on multi-planar steel tubular joints with inner plate

通过对内置加强板的空间DKYY型圆钢管相贯节点的足尺试验和有限元模拟,分析节点应力和变形的发展过程。结果表明：节点在1.3倍设计荷载作用下保持弹性工作状态,具有较高的安全度,可以满足设计承载力需求,有限元分析较好地模拟了加载试验过程,有效弥补了节点试验测点较少的不足,可用于节点受力性能的全面评估。另外,选取较小的主管径厚比和内置加劲板可提高其径向刚度,确保节点破坏时主管处于弹性工作状态;支管加劲板对支管的弹性刚度没有影响,对其承载能力的影响不大,但可以减小支管的径向变形,局部改变支管的应力分布。该节点的构造设计是合理的,其在设计荷载作用下的受力是安全的。     

内置加强板空间相贯节点受力性能研究

通过对内置加强板的空间DKYY型圆钢管相贯节点的足尺试验和有限元模拟,分析节点应力和变形的发展过程。结果表明:节点在1.3倍设计荷载作用下保持弹性工作状态,具有较高的安全度,可以满足设计承载力需求,有限元分析较好地模拟了加载试验过程,有效弥补了节点试验测点较少的不足,可用于节点受力性能的全面评估。另外,选取较小的主管径厚比和内置加劲板可提高其径向刚度,确保节点破坏时主管处于弹性工作状态;支管加劲板对支管的弹性刚度没有影响,对其承载能力的影响不大,但可以减小支管的径向变形,局部改变支管的应力分布。该节点的构造设计是合理的,其在设计荷载作用下的受力是安全的。     

梁柱“上焊下栓”节点受力性能

为研究"上焊下栓"节点梁塑性铰与拼接区滑移出现的先后顺序及拼接区耗能所占的比例,通过改变翼缘拼接板的截面面积,设计了2组试件,利用有限元软件ABAQUS对其进行了单调荷载和低周往复荷载作用下的有限元分析;同时以梁柱"上焊下栓"节点的BASE试件为例,对比分析了梁柱"上焊下栓"节点BASE试件与相同参数的"互"字形节点和传统栓焊混合节点的破坏模式、滞回曲线以及骨架曲线。结果表明:当翼缘拼接板为翼缘截面面积的2/3倍～1.0倍时,拼接区的板件变形和滑移能得到充分发展;当翼缘拼接板为翼缘截面面积的1.0倍～4/3倍时,梁拼接区的板件变形和滑移未能得到充分发展;在低周往复荷载作用下,2组"上焊下栓"节点的破坏模式相似,当梁端位移角约为0.024 rad时,梁下翼缘与拼接板开始出现滑移;当梁端位移角约为0.036 rad时,塑性铰出现在悬臂梁上;在整个加载过程中,梁拼接区的板件变形和滑移的耗能占总耗能的39%～45%;梁柱"上焊下栓"节点BASE试件的延性、耗能性能以及变形能力低于相同参数的"互"字形节点,但略高于传统栓焊混合节点。     

定位轴线存在偏差的外传力钢框架节点传力板参数分析

利用大型通用有限元软件ANSYS建立不考虑初始缺陷的外传力钢框架节点分析模型,并与试验结果进行对比以验证模型的正确性。对钢柱定位轴线偏差满足和超出规范允许值2倍的外传力钢框架节点进行分析,在偏差达到规范限制的条件下,对6组钢梁翼缘宽度、厚度不同的试件进行分析,并相应调整传力板的宽度、厚度等参数,进行荷载 位移曲线以及应力分布分析。结果表明:传力板宽度和厚度为外传力钢框架节点的关键设计参数;所加设的传力板厚度宜与钢梁翼缘厚度相同,宽度宜为0.75~1.25倍钢梁翼缘宽度。     

装配式钢牛腿抗震性能研究

基于装配式钢牛腿节点静载试验,建立了有限元模型,对不同形式的牛腿节点在低周往复荷载作用下的破坏状态、耗能特性、承载性能、刚度退化等抗震性能进行研究.结果表明:装配式钢牛腿在反复荷载作用下具有一定的延性和耗能能力,其耗能性能弱于焊接式钢牛腿.肋板与侧板的连接处、螺栓以及栓孔处应力集中,是节点的薄弱位置.肋板厚度和偏心距是影响节点抗震性能的主要因素.肋板厚度的加大和偏心距的减小均可提高节点的耗能特性.随着肋板厚度的增加,牛腿刚度和承载能力变大;随着偏心距的增加,牛腿的刚度和承载能力降低.     

薄壁圆钢管的节点力学性能研究

对薄壁圆钢管节点力学性能展开研究,通过受压试验对薄壁圆钢管受力过程进行分析,得出其受力变形分为弹性形变、屈服阶段、突变阶段,决定薄壁圆钢管结构性能的关键因素在于其节点。进行薄壁圆钢管T型构件板接节点受拉承载作用研究并进行试验对比,轴拉荷载作用下剪切应力分布均匀,板接节点的荷载偏心距对受弯承载力有重大影响,点板厚度和主管直径对其承受荷载能力影响不大,在此基础上得出其工程应用的一般计算式。     

梁柱齐平端板半刚性节点力学性能研究

为研究对齐平端板半刚性节点的力学性能,在试验的基础上,运用有限元软件ANSYS对典型截面半刚性节点进行静力及循环荷载加载分析,并通过改变柱翼缘、连接端板厚度和螺栓排列方式,以及增加节点域加劲肋,研究其对节点所受弯矩与梁柱相对转角曲线(M-θ曲线)的影响。有限元计算结果表明:在静力荷载作用下,M-θ曲线初期以线性关系变化,柱翼缘发生屈服后,节点表现明显的非线性特征;在循环荷载作用下,节点破坏时柱翼缘应力深入节点域发展,导致节点刚度逐渐退化,使得滞回曲线饱满,表明该节点具有较好的抗震特性。参数化分析结果表明:连接端板厚度对节点力学性能影响不大;增加柱翼缘厚度或者增设节点域加劲肋,均能显著提高节点的极限承载能力;适当减小螺栓边距能够有效提高节点的初始转动刚度和抗弯承载力。     

钢管混凝土加劲环管板节点受力性能研究

为研究钢管混凝土加劲环管板节点在轴向拉力作用下的受力性能,开展了3个节点试件的单调加载试验,分别得到了管板节点加强前后的荷载-位移曲线和破坏模式。试验结果表明：SPR节点在单调荷载作用下主管和加劲环发生局部屈曲,表现为延性破坏;CFT节点在荷载作用下主管壁发生剪切破坏,荷载-位移曲线没有明显的屈服段,表现为脆性破坏;CFTR节点在荷载作用下,连接板处加劲环发生剪切破坏,同时加劲环局部V形屈曲;加劲环能够明显提高管板节点的承载力,同时改善节点的塑性性能;相较于主管外设加劲环,主管内部填充混凝土具有更好的承载力提升效果,节点的刚度变大但塑性性能变差;钢管混凝土加劲环管板节点具有加劲环和混凝土的双重特性,在显著提高节点承载力的同时保障节点塑性性能。在264个有限元模型参数分析的基础上,得到了双加劲环管板节点受拉承载力的计算方法,给出了加劲环厚度和宽度组合的设计建议。基于极限分析的塑性铰线方法,推导出SP节点和SPR节点极限承载力的理论计算模型,计算结果与有限元结果吻合较好。     

空间裸钢端板连接节点性能有限元分析

利用ANSYS建立了空间中柱端板连接节点、边柱端板连接节点和角柱端板连接节点有限元模型,并分析了这三种空间端板连接节点在空间荷载和平面荷载作用下初始转动刚度和弯矩等性能的变化。研究表明:在空间荷载作用下,空间节点的初始转动刚度要普遍大于平面荷载作用下的初始转动刚度,尤其是空间中柱节点初始转动刚度变化最大;对于节点承载力,空间荷载作用下的承载力小于平面荷载作用下的节点承载力,空间角柱节点受荷载影响最大。最后基于有限元分析了不同荷载作用下空间节点性能差异的原因。     

单层柱面网壳铸钢节点承载力试验研究

针对单层柱面网壳梯形截面铸钢节点进行承载力试验研究,考察次梁是否加肋对铸钢节点强度和刚度的影响.采用ANSYS程序中Solid45单元进行有限元分析,在破坏模式、变形过程及节点承载力方面与试验结果进行对比分析.试验结果与数值结果吻合较好,说明了有限元分析的可行性.试验表明,未经加固的节点在1.0倍设计荷载作用下开始屈服,2.0倍设计荷载作用下节点域大面积屈服,不适宜继续承受荷载;加固的节点在2.0倍设计荷载作用下基本处于弹性状态,并且加固后节点刚度有较大提高.     

武汉国际博览中心展馆复杂铸钢节点受力性能分析

采用有限元数值分析与足尺试验相结合的方法分析武汉国际博览中心展馆复杂铸钢节点受力性能。有限元数值分析结果揭示了节点整体的应力分布规律,与足尺试验结果相互印证,验证了试验数据的可靠性和有限元分析的正确性。结果表明,设计荷载及1. 3倍设计荷载作用下节点铸钢件处于弹性工作状态,满足设计要求;整体节点极限承载力为2. 1倍设计荷载,与节点铸钢件连接的6#钢支管全截面屈服,其破坏模式保证了"强节点、弱杆件"的设计目标。     

刚性柱外传力式梁柱节点数值分析

针对传统刚性梁柱节点进行加固,建立刚性梁柱外传力式节点三维有限元模型,分析该类节点在静力荷载下的位移变化和应力分布情况及破坏形式。对有无传力板节点进行了比较分析,同时也分析了刚性柱外传力式梁柱节点在不同柱轴力、传力板厚度、传力板宽度时的极限承载力,得到该类节点极限承载力变化规律。研究表明:主要应力分布不再集中在梁柱连接处,主要的应力转移到了传力板上和传力板连接处的梁翼缘上,并且梁柱连接处应力较小。在同样的梁端荷载作用下,刚性梁柱外传力式节点的钢柱管壁并未发生变形。由此可以看出,增加传力板使得节点域应力得到了改善,实现了柱外传力。另外,刚性梁柱外传力式节点的极限承载力明显高于传统刚性梁柱节点。计算结果发现传力板的厚度(宽度)以与梁翼缘厚度(宽度)相等为宜,传力板厚度(宽度)过小,传力不明显,节点承载力低,易破坏。当传力板厚度(宽度)大于梁翼缘厚度(宽度)时,传力板的加固效果并不明显。本文研究为今后节点的加固工程应用提供参考依据。