盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型研究

盾构隧道管片接头承载力的计算是管片设计和服役性能评估的重要部分和关键部分,针对形式相同而细部构造不同的管片接头,提出一套适用于其抗弯承载力计算的理论方法十分重要。鉴于此,文章基于接缝面的不连续特征将接缝面进行适当分区,建立盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型,并给出对应的求解算法。将理论模型的计算结果与接头足尺试验结果进行对比分析,验证理论模型的正确性,然后采用该计算模型对管片接头抗弯承载力进行分析与讨论。结果表明：管片接头抗弯承载力曲线具有明显的非线性特征,随着轴力的增大,接头极限弯矩呈先增大后减小的趋势。混凝土强度对于接头抗弯承载力的影响较为显著,而螺栓强度和螺栓直径对于接头抗弯承载力的影响程度受轴力控制,轴力较小时,上述两参数的增大对于接头抗弯承载力的提升效果明显,轴力较大时效果逐渐减弱,当轴力高于某一阈值后,螺栓对于接头抗弯承载力无影响。文章所提出的抗弯承载力计算模型与研究结果以期为盾构隧道结构设计、试验和性能评估提供重要参考。     

主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯性能试验研究

对主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点在支管平面内弯矩作用下的极限承载性能进行单调加载的试验研究。实施6个不同截面几何参数的主管中灌混凝土平面X形圆钢管混凝土节点平面内抗弯极限承载力试验。介绍了节点试验方案,描述了X形圆钢管混凝土节点平面内弯曲破坏现象,给出荷载-支管端位移曲线、弯矩-主管局部变形曲线、弯矩-转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将支主管外径比β、主管径厚比γ和支主管壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和平面内抗弯刚度的影响进行讨论。试验研究结果表明:主管灌混凝土后并没有在主管中形成明显的刚域;在一定参数条件下,主管中灌混凝土的X形圆钢管混凝土节点平面内受弯极限承载力、抗弯刚度均随着β、τ值的增加和γ值的减小而提高;各试件在最大弯矩作用下,所有试件的支管根部测点都进入塑性,主管上大部分测点保持弹性状态;主管中灌混凝土对圆钢管节点平面内抗弯极限承载力有一定的提高,在一定参数条件下提高甚至达到48%,但若实际工程中取欧洲规范弯矩值与支管全截面塑性弯矩值中的最小者计算节点抗弯承载力,在一定的钢管几何参数下不一定是安全的,需要进行深入的有限元参数分析。     

单项受力状态下矩形钢管相贯节点的承载力研究

国家游泳中心采取了特殊的结构型式,使其矩形钢管相贯节点,除双平面的几何特性外,同时承受轴力和不可忽视的双向弯矩。本文的目的是研究不同型式的矩形钢管相贯节点在单项受力状态下———腹杆分别承受轴力、平面内弯矩、平面外弯矩时的承载力计算公式;节点型式主要包括T、TT、K、KT等4种单平面和多平面节点类型。以直角T型节点的单项承载力研究为基础,通过大量的有限元计算,并对计算结果进行回归分析得出节点承载力计算公式。本文还对各类节点的失效形态进行了分析。     

平面X形圆钢管混凝土节点平面外受弯性能试验研究

为了解平面X形圆钢管混凝土节点的平面外受弯性能,分别对4个主管填混凝土和4个支管填混凝土的平面X形圆钢管节点进行支管平面外弯矩作用下的试验研究。考察了支管、主管分别填混凝土2种情况下节点的破坏模式和应力分布,并分析了钢管内混凝土对节点平面外抗弯刚度及承载力的影响。试验中支管填混凝土节点出现了主管塑性、支管局部屈曲和支管受拉侧焊缝或热影响区管壁开裂的破坏模式,主管填混凝土节点则发生了支管局部屈曲及支管受拉侧焊缝开裂破坏。主管填混凝土节点与支管填混凝土节点相比,由于主管内填混凝土对于主管管壁的局部变形起到明显的约束作用,明显提高了主管的径向刚度,增大了节点的平面外抗弯刚度。实测节点承载力与欧洲规范计算的空钢管节点理论承载力比较表明,主管内填混凝土能极大提高节点平面外受弯承载力,最大可提高132%;支管内填混凝土可使节点平面外受弯承载力最大提高60%。     

武汉火车站空间多平面圆钢管相贯节点承载力计算

对空间多平面圆钢管相贯节点承载力进行了研究,包括复杂多平面相贯节点的拆分原则、中外规范公式对比、多平面相贯节点承载力折减系数取值等,最后得出文中提出的复杂多平面相贯节点的拆分原则是合理的;采用欧洲规范对相贯节点进行校核偏安全;提出的多平面相贯节点承载力折减系数对武汉火车站工程是适用的。     

腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯性能试验研究

对腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点在腹杆平面内弯矩作用下的极限承载性能进行了单调加载的试验研究。实施了6个不同截面几何参数的腹杆内灌混凝土十字形圆钢管节点平面内抗弯极限承载力试验。本文介绍了节点试验方案,描述了节点平面内弯曲破坏现象,给出了荷载—腹杆端位移曲线、弯矩—弦杆局部变形曲线、弯矩—转角曲线以及节点区域应变强度分布曲线,并将腹杆与弦杆外径比β、弦杆径厚比γ和腹杆与弦杆壁厚比τ对节点平面内抗弯极限承载力和抗弯刚度的影响进行了讨论。试验研究结果表明:γ和τ值最大的试件平面内抗弯刚度模式接近刚域模式,其余试件接近非刚域模式;在一定参数条件下,腹杆内灌混凝土的节点试件平面内抗弯承载力、初始抗弯刚度都随着β值的增大和γ值的减小而提高,提高的程度与β、γ具体大小有关,而τ值对抗弯承载力和抗弯刚度的影响不大;各试件在最大弯矩作用下,除τ值较大节点试件的腹杆上所有测点都保持弹性外,其余试件腹杆上测点则部分进入塑性;所有试件的弦杆测点均进入塑性;若实际工程中取欧洲规范弯矩计算值与腹杆全截面塑性弯矩计算值中的最小者计算节点抗弯承载力,则τ值较小节点试件的平面内抗弯极限承载力与理论弯矩相当,而τ值较大节点试件的平面内抗弯极限承载力低于理论弯矩,偏于危险,需要进行深入的弹塑性理论分析。     

平面KT型圆钢管搭接节点有限元参数分析与承载力计算

以平面KT型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,从节点破坏模式、变形过程和承载力等方面对节点的非线性有限元建模方法进行校验。研究揭示了贯通直腹杆受压搭接节点的破坏过程和塑性区扩展情况,重点考察了贯通直腹杆受压且内隐蔽部分焊接的搭接节点几何参数和内隐蔽部分焊接与否对节点承载力的影响。有限元参数分析结果表明：腹、弦杆直径比和弦杆径厚比的变化对搭接节点的承载力影响较大,而腹、弦杆壁厚比和搭接率影响较小;内隐蔽部分未焊接明显降低贯通直腹杆受压的搭接节点承载力;KT型圆钢管搭接节点承载力均大于相应的KT型和N型零间隙节点承载力。最后,在N型零间隙节点承载力计算公式的基础上,应用多元线性回归方法拟合出平面KT型圆钢管搭接节点的承载力计算式;该计算式与试验结果吻合良好,且具有较好的连续性和适用性。     

平面K形圆主管方支管节点承载力试验研究与有限元分析

对平面K形圆主管方支管节点的承载力进行试验研究,进行了5个空钢管节点和1个主管内灌混凝土节点的静力单调加载试验。介绍了节点试验方案,考察了节点的受力性能、破坏模式和承载力,给出了试件支管的变形曲线以及折算应变曲线,并对支管壁厚、主管内浇灌混凝土对节点承载力、刚度和延性的影响进行了分析。试验结果表明：现行国内外规范中圆钢管和方钢管节点承载力计算值明显低于试验值,已有的计算公式都不能准确计算圆主管方支管节点的承载力;增加支管壁厚改变了节点的破坏模式并明显提高了节点承载力和延性;主管内灌混凝土虽提高了承载力和初始刚度但延性并没有得到显著提高;圆主管方支管节点区域的变形主要源于受拉支管的局部变形。在节点破坏模式、变形曲线、承载力和塑性发展等方面将有限元计算值与试验结果进行比较,结果吻合良好,可以作为进一步分析的基础。     

上海光源工程屋盖钢管节点平面外受弯性能试验研究

通过6个足尺模型节点的平面外弯曲加载试验,对上海光源工程屋盖结构中X型圆钢管节点的破坏形态、刚度、承载力及应力分布等进行了系统研究。试验和有限元分析结果表明,节点平面外弯曲失效主要表现为显著的主管塑性变形和焊缝断裂;主、支管弯曲方向对节点初始刚度影响不大,但对极限承载力有一定影响;节点刚度与支管线刚度的比值是判断节点刚性程度的关键指标;节点相贯线区域的不均匀刚度分布导致与其相邻的支管根部截面出现显著的边缘应力放大现象。基于极限变形限值确定的节点实测承载力与各国规范公式计算值的比较表明,API推荐的公式对X型钢管节点平面外抗弯强度提供了较准确的预测。     

空间KK型方管相贯节点承载力的有限元分析

通过对不同参数的空间KK型方管节点的有限元计算,得出节点承载力与相关参数间的关系,并拟合出支杆的轴力系数n=-0.5(支杆受拉)时节点承载力的计算公式。另外,通过与平面K型节点对比,得出空间节点与平面节点承载力的比值。所得结论可为《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)修订提供参考。     

钢管相贯节点的研究现状和动向

钢管相贯节点是钢管结构中最主要的节点形式之一。介绍了钢管相贯节点的基本类型及设计计算方法 ,综述了国内外学者的研究成果 ,并针对现状对需要深入探讨的课题提出了建议     

合肥国际创新展示馆无序空间网格管结构的概念设计与施工

合肥国际创新展示馆棚罩钢结构属于一种空间网格管结构,由于极度无序的外观形状而被称为"合肥鸟巢"。全面介绍这一无序空间网格管结构的概念设计与施工,包括结构组成、杆件截面和节点形式、节点工法、节点构造、深化设计、加工安装等。重点介绍等径管相贯节点的变换技术、多枝空间异型节点的构造设计,以弘扬复杂问题简单化的设计理念。     

非线性节理模型对应力波传播影响的数值分析

 为验证离散元软件UDEC模拟P波在含有一组非线性节理岩体中传播的有效性,采用UDEC中内置的非线性节理模型计算2个算例,并与已有的理论结果进行对比,吻合较好。其次,从角度和间距2个方面讨论对称交叉节理对应力波传播规律的影响。结果发现,与平行节理相比,相同角度和间距下交叉节理对应力波的衰减作用更大,夹角越大,透射系数越小,间距对透射系数的影响与平行节理有相似的趋势。最后,对P波在含有交叉节理区域的岩体中的传播规律的影响因素进行参数分析,分析的参数包括节理与应力波传播方向的夹角?,2组节理的夹角?,2组平行节理间距S1,S2以及区域宽度L等。结果表明,?与?对透射系数的影响存在区间性。交叉节理的间距对P波的传播影响与平行节理有类似的规律。此外,随着节理区域宽度的增加,透射系数大幅度减小后,减小速度变缓,采用反比例程式对结果进行拟合,结果较好。     

空间结构节点设计研究进展与实践

结合近年来国内外空间结构节点设计研究的进展、GB 50017-2003 《钢结构设计规范》修订工作以及作者的工程实践,对空间结构中的螺栓球与焊接球节点、圆钢管与方钢管相贯节点、高强螺栓连接板节点、铸钢节点、球形钢支座、板式橡胶支座、向心关节轴承支座、连桥支座等的研究进展进行了较为全面回顾。对空间结构节点形式选择要点、节点设计的基本原则、各类节点对钢材性能的要求进行了探讨,对节点刚度、节点重量的估计方法、节点加工制作工艺与质量控制要点进行了分析。对各类节点设计中存在的问题以及相应的改进措施进行了阐述,并给出了有代表性的节点计算分析与工程应用实例。最后,对空间结构节点设计与研究未来的发展方向进行了展望。     

江苏太仓广播电视发射塔关键节点的有限元分析

在江苏太仓塔工程的设计中,考虑到节点的美观和施工质量的控制,提出了一种新型的节点形式。本文对这种节点的力学性能进行了研究,建立了三维有限元分析模型,通过等向强化模型考虑了材料非线性,并利用罚函数法通过试算确定合理的接触刚度和界面摩擦模型,以考虑节点内部连接板件以及螺栓的粘结滑移作用。通过本文的计算分析发现,在设计荷载工况下,节点于相贯线位置出现应力集中现象。当荷载达到2倍设计荷载时,塔柱上出现塑性区,表明节点已经破坏。     

某车站雨棚铸钢节点有限元分析

铸钢节点作为一种新型的节点形式目前已经广泛应用于大跨空间结构中,利用ABAQUS分析软件,对某车站雨棚铸钢节点进行有限元分析,模拟出该节点的实际工作状况,得到节点在设计荷载作用下的应力大小及其分布规律。分析结果表明:本工程铸钢节点在设计荷载作用下处于弹性状态,可以满足设计要求。同时也为铸钢节点的进一步研究和分析提供依据。     

武汉天河国际机场T3航站楼钢屋盖结构设计

武汉天河国际机场T3航站楼属于特大型枢纽航空港,屋面为自由双曲面,总投影面积约23.7万m²,檐口悬挑最大39m,采用两向正交正放空间网格钢结构体系,屋面外围护系统采用直立锁边金属屋面系统,外墙围护系统为玻璃索网幕墙。介绍了T3航站楼屋盖结构分区、结构体系、结构计算设计、节点分析及试验研究等。针对本工程复杂的屋盖曲面建模,自主开发了建模软件,大幅提高了结构建模精度及效率;为了解决普通相贯节点强度不足的问题,采用了自主创新的带暗节点板的相贯节点和铸钢节点,并进行有限元分析和节点试验验证其安全性;创新设计的檩条连接节点,有效地减小了温度作用对钢屋盖的影响及屋面施工标高误差;钢结构健康监测系统的合理设计,确保了钢结构的施工质量和其在投入使用中的安全性及耐久性。     

张家界荷花机场新航站楼主楼屋盖钢结构设计

张家界荷花机场新航站楼主楼为混凝土框架与钢网架的组合结构形式,其中折板形钢屋盖采用两向斜交斜放交叉桁架体系与正放四角锥体系的组合网架。主要介绍结构的体系、分析设计条件、相关主要结果、整体稳定性验算以及支座节点的设计等。分析结果表明,各项指标均满足相关规范要求,从而保证结构设计的安全性。本工程结构新颖,对其他相似建筑结构...     

梁柱翼缘连接焊缝对节点脆断特征的影响

为研究钢结构梁柱翼缘连接焊缝对侧板加强型节点发生断裂可能性的影响,在考虑焊接残余应力的基础上,对指定路径的断裂指标分布规律进行研究,并针对有无考虑焊接残余应力的两种节点所对应的开裂指标进行分析,最终认为梁柱翼缘连接焊缝对导致节点根部发生脆断的可能有一定影响。     

杭州东站站台雨棚结构设计及分析

杭州东站站台雨棚为交叉钢管桁架结构,具有较好的空间性能。为了研究该大跨度空间钢管结构的受力性能,利用规范理论与风洞试验相结合、足尺试验与有限元分析相结合等技术手段,对工程抗风和铸钢节点力学性能等进行了分析研究,在此基础上对该工程大跨度桁架结构的结构布置、节点设计与结构分析进行了介绍,对相似工程具有一定的参考价值。