考虑钢–砼接触特征的CFST管节点热点应力分析

为研究不同钢–砼界面接触特征下钢管混凝土桁架焊接管节点局部应力分布及热点应力集中系数,以钢管混凝土桁架Y型焊接管节点(主管与支管夹角θ=60°)为研究对象,利用ANSYS有限元软件,选择其Solid45、Mass21、Targe170和Conta173单元建立管节点有限元模型,引入非线性面–面接触关系模拟局部变形导致的钢管与内填混凝土之间发生的相互挤压或脱离,计算得到钢管与内填混凝土接触间隙、侵入深度、法向接触应力和切向摩擦应力等局部接触变形及应力状态。分析了3种摩擦系数下(0、0.35、0.60),主管及支管的热点应力集中系数(HSCF)分布。研究结果表明:主管焊趾处热点应力HSCF在冠跟处出现最小值,在鞍点和冠趾之间的中点出现最大值;与主管相比,支管HSCF总体较小,冠跟处出现最小值,鞍点和冠趾之间出现最大值。支管轴向拉力作用下,Y型管节点焊缝附近钢、砼相互脱开,冠点附近比鞍点附近脱空区域大,鞍点脱空区域外围是钢管和混凝土接触挤压最剧烈区域,接触法向压力最大,混凝土对钢管支撑作用最明显。摩擦系数对管节点热点应力集中系数分布趋势影响很小,对HSCF最大值有一定影响。     

PBL 加劲型矩形钢管混凝土不等宽 T型节点应力集中系数分析

为研究开孔钢板连接件（PBL ）加劲型矩形钢管混凝土 T 型节点的疲劳性能,进行了 T 型节点支管受拉、面内受弯及面外受弯的应力集中系数分析。基于矩形钢管混凝土 T 型节点受拉试验,设计了主管为矩形钢管、矩形钢管混凝土和PB L加劲型矩形钢管混凝土,支管为方钢管的T型节点受拉试件,并采用ABAQUS软件对其进行非线性有限元分析,其中主管钢管宽厚比为27,支主管宽度比为0．4。通过非线性有限元数值模拟,分析热点可能出现位置,并采用二次外推法计算得到支主管的应力集中系数。结果表明：PB L加劲型矩形钢管混凝土节点热点出现位置与矩形钢管节点和矩形钢管混凝土节点一致;与矩形钢管混凝土节点相比,PB L加劲型矩形钢管混凝土节点的应力集中系数显著降低,抗疲劳性能明显提高。     

受压弦管填充混凝土的矩形钢管桁架静力性能分析

为了研究弦管填充混凝土对矩形钢管桁架结构受力性能的影响,以受压弦管填充混凝土的矩形钢管桁架梁为研究对象,采用有限元数值模拟的方法,综合考虑材料非线性和几何非线性,分析了模型在节点荷载作用下结构的应力和变形分布、塑性发展和破坏模式。结果表明：下弦空管节点应力集中现象较明显,其承载能力是整个桁架承载能力的瓶颈;桁架的破坏模式是下弦空管节点塑性变形过大;弦管填充混凝土的节点变形和应力均很小,其承载能力较空弦管节点提高较大,受压弦管填充混凝土的矩形钢管桁架延性较好。     

基于总应变裂缝本构的矩形钢管-钢管混凝土组合桁架静力性能分析

基于约束混凝土的总应变裂缝本构模型,利用大型通用有限元程序MIDAS/FEA建立了空钢管桁架、钢管-钢管混凝土组合桁架和钢管混凝土桁架的有限元模型,进行约束混凝土本构模型的有效性验证及试验桁架静力性能分析。结果表明,文中有限元模型能较好地反映钢管-钢管混凝土组合桁架的静力性能,可以对影响组合桁架静力性能的各种参数进行分析。桁架破坏均发生在节点部位,但节点失效模式不同,主管内填混凝土改变了节点的失效模式。桁架的极限承载力均受到节点控制,主管内填混凝土能够有效提高桁架节点的强度和刚度,从而提高桁架的承载能力,减小桁架的整体变形。     

高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲T型节点试验

为考察支主管间设置的加劲板构造和支主管截面宽度比对高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点破坏模式、承载力、连接区应力和应变的分布及演化等受力性能的影响,对加劲节点和常规节点进行了支管轴压静力加载试验.试验结果表明:高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点的典型破坏模式有连接区主管受压上翼缘凹陷、主管腹板凸曲、主管弯曲、支管侧倾失稳、加劲板屈曲、支主管焊缝开裂和加劲板与支管焊缝开裂等.常规节点的承载力取决于支管根部及其焊缝的承载强度和连接区主管上翼缘的局部承压强度,其荷载-位移曲线形成流塑平台.加劲节点的承载力取决于包括加劲板扩散效应的支管根部及其焊缝的承载强度、连接区主管上翼缘扩散承压强度和加劲板屈曲强度,其荷载-位移曲线呈渐变上升趋势,没有屈服平台.加劲板明显提高了T型节点的承载力,加劲节点的屈服承载力和极限承载力较常规节点分别提高10.0%~40.0％和15.0％~48.3％,加劲节点的承载力随支主管截面宽度比的增加而提高.     

主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响

为研究主管内填混凝土对矩形钢管节点受力性能的影响,探讨主管内填混凝土矩形钢管节点的受力机理,对比分析了主管内填混凝土矩形钢管节点和空钢管节点的受压、受拉和受弯性能,结果表明主管内填混凝土能够改善节点的受力性能,显著提高矩形钢管受压节点的承载力,受压节点的破坏模式转变为横向局部承压破坏;对矩形钢管受拉节点承载力提高不明显...     

风力发电机塔架K型相贯节点静力性能试验研究

对4个钢管混凝土风力发电机塔架K型相贯节点进行了单调静力加载试验,同时进行了1个钢管K型相贯节点的对比试验.研究了这两种相贯节点的破坏机理和破坏特征、节点进入塑性后的变形发展过程以及相贯线附近的复杂应力状态和分布规律.试验结果表明:由于混凝土的存在,钢管混凝土相贯节点的失效模式与空钢管相贯节点完全不同,钢管混凝土节点发生了受压腹杆的局部屈曲和整体弯曲,塔柱管壁没有明显塑性变形;而空钢管节点的失效模式为塔柱钢管表面塑性失效.两种节点在相贯线附近的应力分布也不相同,钢管混凝土相贯节点在受拉腹杆接头处鞍点位置的应力最为集中,远超过钢材的屈服强度,其他测点处仍处于弹性受力阶段;空钢管相贯节点在相贯线附近的测点均屈服,应力峰值在冠点附近.本次试验结论可为钢管混凝土K形焊接相贯节点的设计提供参考.     

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。     

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.     

支管受轴向受拉工况下CHS-CFSHS T型节点应力集中系数计算公式

基于具有可靠精度的圆管-方管混凝土T型节点应力集中系数(SCF)的有限元计算方法进行了160个有限元模型的SCF计算,对影响SCF的参数进行了分析,掌握了各参数对SCF的影响规律,提出了T型焊接节点在支管受轴向受拉工况下SCF的计算公式,并且将公式计算值与有限元数据进行了比较。分析表明:在支管受轴向受拉工况下,支管上和主管上0°、60°、90°这6个位置的SCF基本包括SCF最大值可能发生的位置;T型节点SCF计算公式中应包含β的二次函数、2γ的二次函数和τ的幂函数,且三者的影响耦合;回归的SCF计算公式具有可靠的精度。     

钢管混凝土桁梁管内混凝土受压应变状态

利用自制的内埋式混凝土应变计和通用有限元软件,对钢管混凝土桁梁试件受压弦杆管内填充混凝土的应变状态进行研究。试验研究结果表明,在单调加载条件下,自埋式混凝土应变计能准确测读受压弦杆管内混凝土的应变状态;混凝土应变随荷载增大呈双折线增长模式,桁梁试件破坏时混凝土受压应变达到5000με。当采用平面塑性梁单元对钢管混凝土桁梁进行整体分析时,不管弦杆受压还是受拉,管内混凝土均应考虑套箍效应;桁梁受压弦杆管内混凝土纵向应变有限元计算值与实测值吻合良好,桁梁试件破坏时混凝土应变处于高套箍状态。     

钢管混凝土桁梁管内混凝土受压应变状态

利用自制的内埋式混凝土应变计和通用有限元软件,对钢管混凝土桁梁试件受压弦杆管内填充混凝土的应变状态进行研究.试验研究结果表明,在单调加载条件下,自埋式混凝土应变计能准确测读受压弦杆管内混凝土的应变状态;混凝土应变随荷载增大呈双折线增长模式,桁梁试件破坏时混凝土受压应变达到5 000 με.当采用平面塑性梁单元对钢管混凝土桁梁进行整体分析时,不管弦杆受压还是受拉,管内混凝土均应考虑套箍效应;桁梁受压弦杆管内混凝土纵向应变有限元计算值与实测值吻合良好,桁梁试件破坏时混凝土应变处于高套箍状态.     

细长钢管混凝土构件混凝土应变测试

钢管混凝土桁梁是一种新型组合结构,管内混凝土应变状态是定义这种结构的关键指标之一,但其弦杆管径较小而长细比较大,很难准确测得弦杆管内混凝土应变。本文结合钢管混凝土桁梁受力性能试验研究,开发了内埋式混凝土应变计及其定位构造,并设计了配套的普通强度等级自密实混凝土的配合比和浇筑工艺。应用结果表明,本文开发的小管径、大长细比的钢管混凝土构件管内混凝土应变测试技术,可以减少结构损伤,造价低廉,而且设计和施工简便,可推广应用于钢管混凝土桁梁等新型组合结构的室内小比例模型。     

完全叠接管节点应力应变集中因子的实验研究

通过实验研究了完全叠接管节点在轴力、平面内弯矩和平面外弯矩作用下的应力和应变集中因子。结果表明,在轴力和平面外弯矩作用下,完全叠接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产生在L支管的冠跟部。实验结果还发现,在平面内弯矩和平面外弯矩作用下弦管和T支管交接处的应变集中因子几乎可以忽略。通过对实验所得应变集中因子和现有的T/Y管节点应力集中因子参数方程进行比较,结果显示,利用现有的T/Y管节点应力集中因子参数方程来进行完全叠接管节点的疲劳设计是不合理的。     

热弯钢管CFST-外包RC复合节点受力性能

为研究某体育馆新型复合节点的受力性能,以该体育馆大跨桁架结构弦杆钢管弯曲后竖直插入地下钢筋混凝土框架柱的拱脚为原型,设计了3个采用热弯圆钢管的CFST-外包RC组合节点,进行了节点在弦杆受压、腹杆受拉的复杂受力下加载试验与有限元数值模拟,研究了热弯钢管残余应力、不同弯曲角度以及弦杆根部钢管内是否填充混凝土等对节点破坏形态、承载能力等受力性能的影响。结果表明：热弯钢管CFST-外包RC组合节点的破坏形态主要为弦杆根部钢管的屈曲破坏,节点承载力取决于弦杆根部受压承载力;钢管热弯产生的残余应力降低了节点刚度且钢管弯曲角度越大节点刚度降低越大,但对承载力基本没有影响;钢管内填混凝土可以显著提高节点刚度和承载力,节点刚度和承载力随钢管直径增大而增大。     

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。     

上承式钢管混凝土桁拱温度作用取值与温度效应分析

为研究钢管混凝土拱桥的温度作用取值和温度作用效应,以一座上承式钢管混凝土桁拱为工程背景,应用通用有限元程序ANSYS结合气象资料,对温度作用取值(合拢温度、有效温度)进行了计算分析,在此基础上,分析了温度变化对拱脚实腹段应力的影响,并对该桥合拢温度的合理取值进行了探讨。分析表明:拱肋的合拢温度值比月平均气温高出2℃左右,最低有效温度比日平均最低温度值低5℃左右,最高有效温度比日平均最高温度值高6℃左右;从降低温度作用产生的效应方面考虑,拱肋的合拢时间应选择在月平均温度接近于年平均温度的时段;腹杆的温度变化对拱脚的应力影响较小,由于拱脚实腹段的构造与腹杆的构造不同,实腹段温度变化对拱脚的应力有较大的影响。     

钢管混凝土框架节点选型与设计

节点设计是钢管混凝土结构设计的关键环节。基于工程应用和试验研究成果，分析了节点的工作机理和受力性能，探讨了适用于框架结构体系的节点构造型式，提出了与其相适应的计算方法和建议，供工程设计应用时参考。     

采用分离模量分析钢管混凝土框架结构的抗震性能

基于一榀两跨3层钢管混凝土柱-钢梁框架结构模型的抗震性能试验,建立了反复荷载作用下的刚度退化规律。选用合理的反复荷载作用下钢材和钢管约束混凝土材料的本构模型,考虑钢与混凝土的粘结滑移作用以及节点加强等因素的影响,应用钢管混凝土分离模量理论,采用APDL(ANSYS Parametric Design Language)参数化程序设计语言编制的命令流,对钢管混凝土框架在反复荷载作用下的抗震性能进行了非线性有限元分析。计算结果与模型试验结果吻合较好,并讨论了套箍系数对框架结构抗震性能的影响。     

钢管混凝土组拼管拱面外屈曲参数分析

以福鼎山前大桥空间有限元模型为基础,分析了影响钢管混凝土组拼管拱面外屈曲的主要参数,包括横撑布置形式、横撑刚度、拱脚约束情况、截面含钢率和混凝土弹性模量。有限元分析结果表明,横撑布置形式、横撑刚度和截面含钢率对钢管混凝土组拼管拱面外屈曲影响很大,但混凝土强度等级和拱脚约束对其影响很小。