螺栓节点联结构件的等效优化分析

对工程中广泛使用的螺栓节点联结进行了详细分析,建立了螺栓联结节点的精细有限元模型,以刚度矩阵的误差最小为等效原则,在把节点处杆件的半刚性联接等效为杆端截面抗弯刚度下降的基础上,通过优化等效方法,得到了螺栓节点联结杆件的精细有限元模型与简化有限元模型的等效关系。     

竹层积材钢夹板螺栓节点的承压性能

进行了4个测试组共20个竹层积材钢夹板螺栓节点承压试验研究,并采用ABAQUS有限元软件建立了螺栓节点的三维实体非线性有限元模型,分析了竹层积材厚度和螺栓直径对节点刚度、屈服载荷和破坏形式等力学性能的影响.研究表明:非线性有限元计算结果与试验结果吻合良好,能够准确预测节点刚度、屈服载荷和破坏模式;随螺栓直径的增加,螺栓节点的刚度和屈服载荷大致呈线性增加;竹层积材厚度的增加能显著提高节点的极限载荷和延性系数;节点的破坏形式受螺栓直径扣竹层积材厚度的共同影响,当节点破坏形态为Ⅰ型时,螺栓和竹层积材这2种材料的强度均能充分发挥且节点延性系数较高,节点力学性能最佳.     

超高层建筑施工整体钢平台钢梁螺栓节点刚度影响因素研究

为研究模块化整体钢平台钢梁间连接节点刚度的影响因素,对8个不同构造的主次梁螺栓连接节点进行有限元数值模拟,并通过试验与有限元模拟结果进行对比验证。分析了螺栓规格、节点螺栓数量以及翼缘连接等因素对主次梁螺栓连接节点抗弯刚度的影响。研究结果表明:螺栓孔间隙减小、螺栓个数增加、翼缘连接设置可提高钢平台主次梁螺栓连接节点的抗弯刚度。根据数值模拟结果,对整体钢平台标准化以及主次梁螺栓连接节点构造提出建议。     

胶合木梁柱螺栓-钢填板节点转动性能研究

通过4组22个胶合木梁柱螺栓-钢填板足尺节点试件的单调和低周反复加载试验以及有限元数值模拟研究梁柱螺栓-钢填板节点的转动性能。试验研究表明,胶合木梁柱螺栓-钢填板节点性能主要取决于螺栓和螺孔周边木材的承压能力;节点加载初期的螺孔间隙和加载后期木材横纹裂缝张开均会导致节点刚度显著下降;同等条件下,节点初始刚度和极限弯矩随螺栓直径的减小而减小,节点初始刚度随螺栓边距的增加而减小。对试件进行有限元分析结果表明,基于有限元分析软件建立的节点三维实体模型对于节点的初始刚度和极限弯矩有较好的模拟精度(误差20%以内)。此外,模型参数分析表明,在更大取值范围内(螺栓直径12~28 mm,螺栓边距30~70 mm),螺栓直径和边距对节点性能的影响与试验结果一致。     

Study on rotational behavior of bolted glulam beam-to-columnconnections with slotted-in steel plates

通过4组22个胶合木梁柱螺栓-钢填板足尺节点试件的单调和低周反复加载试验以及有限元数值模拟研究梁柱螺栓-钢填板节点的转动性能。试验研究表明,胶合木梁柱螺栓-钢填板节点性能主要取决于螺栓和螺孔周边木材的承压能力;节点加载初期的螺孔间隙和加载后期木材横纹裂缝张开均会导致节点刚度显著下降;同等条件下,节点初始刚度和极限弯矩随螺栓直径的减小而减小,节点初始刚度随螺栓边距的增加而减小。对试件进行有限元分析结果表明,基于有限元分析软件建立的节点三维实体模型对于节点的初始刚度和极限弯矩有较好的模拟精度（误差20％以内）。此外,模型参数分析表明,在更大取值范围内（螺栓直径12~28mm,螺栓边距30~70mm）,螺栓直径和边距对节点性能的影响与试验结果一致。     

端板连接节点对门式刚架整体性能的影响分析

传统钢结构设计中将高强螺栓端板连接作为刚性节点,而实际情况下这种连接形式与计算结果有差异.采用有限元方法针对8种不同计算跨度的轻型门式刚架建立了三维整体有限元模型,分析了高强螺栓端板连接的节点刚度对门式刚架内力和位移的影响.计算结果表明,高强螺栓端板连接是一种半刚性连接形式,节点刚度对门式刚架整体结构的内力和变形将产生较大影响,在门式刚架的分析和设计中,应考虑节点半刚性的实际影响.     

胶合木预应力套管螺栓群连接梁柱节点受弯承载力及参数分析

采用有限元软件ABAQUS建立了钢插板胶合木预应力套管螺栓连接梁柱节点的三维有限元模型,分析了节点的受弯特性,并通过与试验结果的对比验证了模型的合理性。有限元分析结果表明,套管梁柱节点摩擦阶段的抗弯刚度较传统节点的有明显提升,基于分析结果,对钢管与钢板摩擦力、钢管外径和壁厚、高强螺栓直径和等级、木材强度和厚度等参数对套管节点抗滑移刚度的影响进行了进一步分析。依据分析结果,建议高强螺栓的预拉力值介于规定值的100%~110%之间,钢管与钢板间摩擦系数不小于0.3,钢管径厚比的合理取值范围为6~10,相应的初始应力比在0.4~0.6之间。研究成果可为胶合木构件套管螺栓连接节点的设计提供参考。     

半刚性连接幕墙龙骨框架的力学性能分析

螺栓角码连接是幕墙龙骨框架主要的节点连接形式。对幕墙龙骨框架结构进行模拟仿真分析时,连接节点通常按刚性节点处理,忽略了螺栓角码半刚性连接对幕墙龙骨框架结构的影响。通过有限元法计算了螺栓角码连接的初始转动刚度,利用双向变刚度零长度弹簧单元模拟节点的半刚性,建立了半刚性幕墙龙骨框架的有限元模型,对相同边界条件下刚性与半刚性幕墙龙骨框架连接节点进行了有限元仿真计算。结果表明:虽然半刚性连接降低了幕墙龙骨框架的刚度与稳定性,但同时也降低了内应力对幕墙龙骨框架的影响。该结果为幕墙龙骨框架的设计和分析提供了一定的理论依据。     

螺栓球节点力学性能研究及弯矩-转角关系式的建立

螺栓球节点常用于网架及双层网壳结构中,目前在一些小跨度、接近球形的单层网壳中也有所应用。现阶段对螺栓球节点网架及双层网壳进行分析时,通常将螺栓球节点假定为理想铰接,实际上该节点是介于刚接和铰接之间的半刚性节点。通过建立螺栓球节点的精细化模型,得到螺栓球节点的抗弯刚度及对应的弯矩-转角曲线,并利用已有试验数据验证了数值模型的合理性。研究了螺栓球节点相关参数（即螺栓直径、预紧力大小、锥尾壁厚和套筒厚度）对节点抗弯刚度的影响。研究表明：螺栓球节点的初始刚度和极限弯矩在一定范围内随螺栓预紧力的增大而提高,当螺栓预紧力达到100 kN时,其对螺栓球节点抗弯刚度的影响逐渐减弱;锥尾壁厚及套筒厚度对螺栓球节点极限弯矩的影响较大,而对节点初始刚度的影响较小;螺栓球节点的抗弯刚度随着螺栓直径的增加而增大。利用对螺栓球节点参数化分析的结果并结合节点的自身特性,基于KISHI等提出的幂函数模型,推导出了螺栓球节点弯矩-转角关系公式,该公式计算值与数值模拟的弯矩-转角曲线吻合度较高,能有效地模拟螺栓球节点弯矩-转角的关系。     

碳纤维布加固钢梁拼接节点的试验研究和有限元分析

通过碳纤维布加固钢梁高强螺栓拼接节点的静载试验,考察了影响加固效果的主要因素和钢梁的破坏形态。运用ANSYS有限元分析软件,建立考虑接触摩擦与预紧力的钢梁螺栓拼接节点有限元分析模型,并进行数值模拟,分析碳纤维布加固的螺栓节点对钢梁的屈服荷载和刚度的影响。有限元分析结果和试验结果均表明加固措施的有效性。     

木材非线性受力行为的表征方法研究进展

木材非线性受力行为的表征方法对木结构构件和节点受力行为的有限元分析具有至关重要的影响。为此,从木材失效行为的判别依据和材料本构模型两方面对该领域的研究进展进行了梳理总结。结果表明,已有的强度准则各有其局限,难以全面地反映木材复杂的失效行为。在数值模拟中常需要结合不同强度准则以提高预测模型的计算精度。弹塑性本构模型能够合理反映木材在压应力作用下的硬化行为,并且能够描述木材出现的残余变形,但该模型难以描述木材在拉应力和剪应力作用下的刚度退化和强度软化行为。弹性损伤理论可在一定程度上反映材料的软化行为和反复加载过程中的刚度退化行为,但该理论不能考虑材料的塑性变形。基于上述理论建立的黏聚区单元的初始刚度和相邻单元长度对计算结果具有显著的影响。三维弹塑性损伤模型已经被应用于木结构构件和螺栓连接节点的有限元分析中,此类模型能有效反映构件和节点区域木材的损伤演化规律。随机损伤本构模型和非局部化损伤模型是未来的发展趋势。     

胶合木钢填板-螺栓节点抗弯刚度研究

为明确胶合木钢填板-螺栓节点的半刚性特征，进行了考虑螺栓行距、列距、列数和胶合木截面高度等参数变化的胶合木钢填板-螺栓节点抗弯试验。得到节点抗弯刚度后与欧洲木结构设计规范((BSEN 1995-1：2004))、日本木质构造接合部设计手册里节点抗弯刚度公式计算结果进行对比，结果表明规范公式计算的节点抗弯刚度均小于试验值，通过修正规范公式可以得到更加准确的计算结果。针对日本木质构造接合部设计手册的公式引入了滑移系数修正值和顺纹嵌入刚度修正值，修正后的公式准确度高，在胶合木结构设计的过程中可以用于计算节点的抗弯刚度并得到节点抗弯刚度折减系数。     

广府木祠堂典型榫卯节点参数化分析

通过有限元软件ABAQUS对广府木结构祠堂的典型节点箍头榫和直榫进行参数分析,充分考虑节点承载力和刚度的影响因素和木材正交各项异性的材性特点,两类节点各选取一定数量建立三维实体有限元模型,分析并获得各种参数变化下节点弯矩承载力和节点转动刚度的变化规律。本文还对节点的M-q曲线进行了双线性拟合,给出了考虑节点各尺寸参数的拟合公式,研究结果将为广府木祠堂修缮和结构加固提供节点承载力和节点转动刚度计算依据和取值参考。     

变电构架柱的节点试验研究与有限元分析

提出变电构架柱新型螺栓连接柱头形式,通过试验研究和有限元计算相结合的方法,验证新型构架柱的可行性。首先,以有限元分析为基础,选取2.5 m构架柱柱头节点作为试验研究对象,分析盖板螺栓数量和竖板厚度变化对节点刚度和强度的影响;其次,结合试件底部位移实测数据对2.5 m节点进行计算,并将结果与实测结果比较,验证了模型计算的可行性;最后,对多种28 m构架柱进行计算,比较分析柱顶挠度和控制点Von-Mises应力,得出节点试件所对应的新型构架柱基本满足工程设计的强度和刚度要求,且与增加盖板螺栓相比,增大竖板厚度是提高构架柱刚度和强度较为有效可行的方法。     

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。     

古建筑榫卯节点刚度分析

研究古建筑榫卯节点刚度取值,对古建筑的保护修缮加固具有重要意义.以木结构建筑为例,从基本承重构件梁柱的微元开始,导出木梁木柱的挠曲线方程,用弹簧作为榫卯节点约束,以边界条件输入,导出榫卯节点刚度值;以钟楼为工程实例,建立ANSYS有限元模型,对结果和实测数据进行对比分析.结果表明,本文提出的计算方法,适用于木结构古建筑的榫卯节点刚度分析计算.     

输电铁塔主材螺栓连接节点半刚性研究

输电铁塔主材通常由多段角钢采用螺栓连接而成,由于螺栓预紧力较小,连接滑移现象十分普遍,这对螺栓连接节点的轴向刚度产生影响。针对500 k V输电铁塔中4种典型的螺栓连接节点,建立其精细有限元模型,采用侵入法模拟螺栓预紧力,通过仿真模拟得到节点的荷载-位移曲线,研究不同排数、不同孔径的螺栓连接节点的半刚性,并进行真型试验验证,为输电铁塔结构的精细分析提供基础。     

木构件钢填板预应力套管螺栓连接的性能参数分析

本文采用ABAQUS建立了木构件钢填板预应力套管螺栓连接节点在顺纹和横纹受力下的有限元分析模型。通过将有限元分析得到的节点极限承载力、极限变形和初始刚度与试验结果进行对比,发现有限元值和试验值相差均在10%以内,从而验证了有限元模型的合理性。基于有限元模型,本文分析了连接中管板摩擦系数、螺杆预应力值以及钢管壁厚对节点荷载变形曲线的影响,具体讨论了上述参数对节点极限承载力、极限变形、极限抗滑移承载力的影响,还对达到极限承载力时节点内部的力分配进行了参数分析。通过参数分析,对节点的合理设计提出了建议。     

装配式方钢管法兰连接节点受力性能研究

法兰连接是装配式多高层钢结构中箱型柱全螺栓拼接的一种新方法,为研究箱型柱与柱法兰连接在拉力、弯矩、剪力组合作用下的受力性能,运用有限元分析软件ABAQUS对具有不同法兰厚度、螺栓边距、螺栓孔直径的11个法兰节点柱进行了分析。有限元分析表明:法兰厚度是法兰连接承载力、刚度、撬力大小的主要影响因素,螺栓边距会影响螺栓撬力的大小,螺栓孔径对法兰连接节点的力学性能没有影响。     

特高压输电塔半刚性连接K形节点受力性能研究

基于螺栓受剪半刚性K形节点理论分析及有限元模型提出一种适用于此类节点的计算模型和计算方法。该方法能够较好地分析半刚性连接K形节点转动变形的组成,包括主角钢剪切变形、螺栓剪切变形、螺栓孔的变形。考虑主角钢受剪、螺栓受剪、孔壁变形对节点转动刚度的影响,从而得到节点弯矩-剪切转角(M-s)和弯矩-转角(M-)曲线。通过试验验证了该计算方法的适用性。提出的半刚性连接K形节点弯矩-转角建议计算方法量化了主角钢肢宽、肢厚、螺栓直径、节点板厚度对转动刚度的影响,但未考虑主角钢两肢边相互影响。建议计算方法也可为我国输电塔结构设计规范关于节点转动变形的具体设计提供参考。Kishi-Chen的三参数幂函数模型适用于对此类节点弯矩-转角计算,输电塔结构中此类节点的形状系数取值大致在1.5~2.2之间。