Formula for bearing capacity of conical head in large-diameter bolted spherical joints of spaee grid struetures

建立弹塑性有限元模型,对大直径螺栓球节点试验中容易破坏的锥头进行数值计算,试验结果验证了有限元模型的适用性。考虑了影响锥头承载力的各种主要因素,进行了相应的参数分析。揭示了大直径锥头具有底板壁厚塑性贯通、锥壳壁厚塑性贯通和局部承压破坏等三种破坏模式,掌握了螺栓直径d、钢管直径D5以及有关锥头的径向厚度t、底板厚度H、锥头斜率k、底板受荷面积比S等各种几何参数对锥头承载力的影响效应。基于多元回归分析,提出了大直径锥头前两种破坏模式的承载力计算式。与试验结果相比,计算式较为准确可靠,可应用于工程设计。     

咬合式高强螺栓连接延性破坏模式下受剪性能研究

为研究咬合式高强螺栓连接在剪力作用下的延性破坏模式和承载性能,完成了8个咬合式高强螺栓连接受剪试验。试验结果表明,当齿口个数较少时,咬合式高强螺栓连接的破坏模式为齿口屈服的延性破坏。在试验研究的基础上,建立了有限元模型并进行校验。通过8组有限元模型的参数分析发现,除改变螺栓预紧力的大小对咬合式高强螺栓连接的受剪承载力无明显影响外,齿口间摩擦系数、齿口个数、板件宽度、盖板厚度、螺栓直径、垫片厚度和弹性模量的增大均可以提高连接的受剪承载力。最后拟合得到双面受剪的咬合式高强螺栓连接的受剪承载力计算式,对比拟合计算式的计算结果、试验和数值计算结果表明,所提受剪承载力计算式合理,计算结果准确。     

正交胶合木-混凝土螺栓连接力学性能试验研究及参数分析

为研究正交胶合木(CLT)-混凝土螺栓连接的力学性能,对12个顺纹连接试件和12个横纹连接试件进行了单调加载和低周往复加载试验,总结了连接典型的破坏模式,得到了连接的初始刚度、承载力及延性系数等力学性能;利用ABAQUS软件对连接进行非线性参数分析,研究螺栓直径、螺栓强度等级及CLT层板厚度等参数对连接力学性能的影响。结果表明：连接的破坏模式与厚径比(CLT厚度与螺栓直径之比)相关,当厚径比不大于6.56时,主要发生单塑性铰屈服、木材销槽承压及局部承压破坏;螺栓直径一定时,增加CLT层板厚度可有效提高连接承载力;当厚径比大于6.56时,主要发生螺栓双塑性铰屈服与剪断破坏;增加层板厚度对连接初始刚度、承载力和破坏模式无明显影响。针对螺栓屈服破坏模式,增大螺栓直径可提高连接的初始刚度与承载力;提高螺栓强度等级对初始刚度影响较小,但可提高连接承载力。     

轴力作用下钢制盖板节点极限承载力计算

对轴力作用下钢制网壳盖板节点承载力进行了有限元分析,并通过盖板节点足尺试验验证有限元分析的正确性.改变有限元模型参数,计算数十个模型,基于分析结果得出轴力作用下钢制盖板节点的破坏模式.结果表明,盖板节点破坏模式有螺栓群抗剪破坏及盖板中心区域屈曲破坏两种.对结果数据进行拟合,得出钢制盖板节点在轴力作用下承载力计算公式.轴力作用下钢制盖板的极限承载力主要与螺栓的直径与数量、盖板的厚度和直径等因素有关,极限承载力由两种破坏模式所对应承载力的较小值确定.     

高温下受拉螺栓球节点封板受力性能分析

建立封板弹塑性实体有限元模型,对受拉螺栓球节点封板高温下受力性能进行有限元分析,研究高温下封板的应力分布、极限承载力、破坏模式,研究封板各种几何参数对高温下封板受力性能的影响。研究表明,封板最终发生弯曲破坏,沿厚度方向形成塑性贯通区;增大封板开孔、封板厚度,高温下极限荷载也增大;钢管外径越大,高温下极限荷载越小。运用origin软件对有限元分析结果进行数据拟合,提出了高温下封板承载力折减系数计算表达式。     

双肢冷弯C形钢柱脚初始刚度

为研究双肢冷弯C形钢柱脚节点初始刚度的组成与计算方法,通过理论推导和有限元模拟相结合的方法对18个柱脚节点进行分析,考虑连接板厚度、C形钢厚度、底板厚度、柱脚螺栓直径、底板螺栓直径、底板螺栓间距S1和底板螺栓间距S2这7个参数的影响,了解柱脚的变形特征和破坏模式,得到基于上述参数的柱脚初始刚度的理论计算公式,为该类型节...     

锥头强度的理论分析和简化计算

螺栓球节点具有加工和施工安装方便等优点 ,在网架结构工程中得到了大量使用。但是锥头作为螺栓球节点中受力比较复杂的连接构件 ,目前还没有具体的计算方法和设计公式。我国现行《网架结构设计与施工规程》(JGJ 7-91)第4 4 7条规定 ,锥头的任何截面应与连接的钢管等强 ,但如何进行核查未做明确规定。本文用轴对称理论简化计算模型 ,考虑锥头与螺栓的共同作用 ,采用接触元理论求解锥头与螺栓的接触传力。通过单参数分析确定锥头构造尺寸等参数与锥头极限承载力之间的函数形式 ,从而设定回归模式 ,并用正交试验设计理论设计锥头模型 ,采用有限元程序进行弹塑性全过程分析 ,应用多元线性回归理论 ,拟合出锥头的极限承载力公式和设计承载力公式。文末还用推导得出的设计承载力公式对现有生产锥头厂家所生产的锥头进行比较并作了评述。     

Yield line theory based loading capacity analytical model of bolted endplate connections to square hollow section columns

为研究螺栓端板连接方钢管柱的承载力,进行了11个连接件的单调静力试验,分析了钢管和螺栓的3种典型破坏模式,以及钢管管壁厚度、螺栓列距与直径、盲孔螺栓Hollo-bolt构造等因素对连接件承载力的影响,提出了预测该类连接承载力的改进屈服线计算模型。研究结果表明：螺栓端板连接方钢管柱的破坏模式与钢管管壁厚度以及螺栓列距相关,承载力随钢管厚度以及螺栓列距和直径的增大而增大;通过连接件整体位移和钢管管壁连接面竖向位移与荷载关系,按双线性屈服模型得出的承载力预测值与试验值相近;由连接件试验结果折算得到的预测结果可用于此类节点的屈服弯矩计算。基于屈服线理论建立的连接件承载力的计算模型的计算结果,与试验结果比较,二者吻合较好。     

基于屈服线理论的螺栓端板连接方钢管柱承载力计算模型研究

为研究螺栓端板连接方钢管柱的承载力,进行了11个连接件的单调静力试验,分析了钢管和螺栓的3种典型破坏模式,以及钢管管壁厚度、螺栓列距与直径、盲孔螺栓Hollo-bolt构造等因素对连接件承载力的影响,提出了预测该类连接承载力的改进屈服线计算模型。研究结果表明:螺栓端板连接方钢管柱的破坏模式与钢管管壁厚度以及螺栓列距相关,承载力随钢管厚度以及螺栓列距和直径的增大而增大;通过连接件整体位移和钢管管壁连接面竖向位移与荷载关系,按双线性屈服模型得出的承载力预测值与试验值相近;由连接件试验结果折算得到的预测结果可用于此类节点的屈服弯矩计算。基于屈服线理论建立的连接件承载力的计算模型的计算结果,与试验结果比较,二者吻合较好。     

螺栓球柱节点单向受压承载力研究

螺栓球柱节点是一种适用于无檩网架的新型空间结构节点。简要介绍了5个单向受压螺栓球柱节点的试验过程和试验现象;采用有限元软件ABAQUS建立了受压试件的数值模型,将数值分析获得的破坏模式、荷载-位移曲线与试验结果相比较,验证了数值模型的有效性。定义了节点单向受压承载力的取值准则,同时建立了80个节点数值模型对螺栓球柱节点的单向受压承载力影响参数进行了分析。数值分析结果表明:圆柱筒壁直径越小、壁厚越厚、筒壁高度越高,节点的单向受压承载力越高;与节点相连弦杆的截面宽度越大、长度越小,节点承载力越高;在空心圆柱体顶部增设加劲肋可提高螺栓球柱节点的轴向刚度和承载力。基于理论分析,拟合得到了螺栓球柱节点单向受压承载力的实用计算式。拟合计算式计算结果与试验结果的相对差值百分比均在10%以内,具有良好的工程使用价值。     

直立锁边金属屋面系统关键连接节点抗拉承载力试验

针对直立锁边金属屋面系统的固定支座与檩条连接节点的抗拉承载力计算问题,以檩条翼缘板厚、檩条材质、自攻螺钉直径、自攻螺钉数量以及固定支座底板厚度为变量,进行了92个连接节点试件的受拉试验,研究连接节点在竖向拉荷载下的破坏现象及破坏模式。对已有固定支座与檩条连接节点的抗拉承载力计算公式进行了修正,并将抗拉承载力试验值与国内外规范的计算值进行了对比。结果表明:自攻螺钉的抗拉承载力与檩条翼缘板厚、檩条材质的抗拉强度、自攻螺钉直径、螺钉数量基本呈正比关系,固定支座底板厚度大于4 mm时,螺钉抗拉承载力与固定支座底板厚度相关性较小;节点存在自攻螺钉被拉出、固定支座底板被拉弯和自攻螺钉被拉出、固定支座底板被拉弯和自攻螺钉在螺帽处被拉断3种破坏模式;根据国内外规范公式得到的节点抗拉承载力计算值比试验值偏小,工程应用偏于安全。     

钢结构集成房屋模块间十字形板-端板连接节点轴压性能研究

现有钢结构模块化建筑的连接节点大多难以用于集成房屋模块间的连接,为此,提出一种十字形板.端板连接件.通过对两个节点试件进行轴压试验,研究节点在轴压荷载作用下的破坏模式和承载力.采用ABAQUS建立试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的正确性.采用该有限元模型分析了十字形板厚、端板厚和柱壁...     

T形钢管混凝土插板连接节点受弯性能研究

采用精细化有限元分析方法对T形钢管混凝土插拔连接节点的平面内受弯性能进行了研究.首先通过与试验结果进行对比,验证了精细化有限元模型的正确性和准确性.在此基础上研究了主管壁厚、支管壁厚、主管形式和混凝土强度对节点破坏模式和承载力的影响.结果表明,钢管混凝土插板连接节点的破坏模式和钢管插板连接节点不同,为主管冲剪破坏和支管...     

索结构中销轴耳板连接破坏形式及承载力研究

销轴耳板连接是索结构节点常用的连接形式,然而现阶段针对销轴耳板连接的破坏性试验研究相对较少,其破坏机理尚未明确。为探究销轴耳板连接的破坏形式和承载力,设计7个销孔直径为45 mm,端距与边距比值不同的足尺销轴耳板连接试件,并进行拉力破坏性试验。采用有限元软件ABAQUS对其受力性能进行数值模拟,模拟得到的破坏形式与承载力同试验结果基本一致,验证了有限元方法的正确性。基于有限元模型对销轴耳板连接进行参数化分析,研究销孔直径(93、136 mm)、耳板端距(0.5～4倍销孔直径)、耳板边距(0.5～1.5倍销孔直径)等参数对销轴耳板连接破坏形式和承载力的影响,结果表明耳板端距和边距是影响销轴耳板连接破坏形式和承载力的主要因素。通过理论推导和线性拟合的方法得到了孔壁承压破坏、净截面拉断破坏、端部截面剪切破坏下的承载力计算式。通过算例对比分析提出的设计方法与我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》、欧洲BS EN 1993-1-8、美国AISC 360-10在相同设计荷载下设计销轴耳板连接时尺寸的差异,并对我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》的改进和完善提出相关建议。     

Study on failure pattern and bearing capacity of pin-plate connection in cable structures

销轴耳板连接是索结构节点常用的连接形式，然而现阶段针对销轴耳板连接的破坏性试验研究相对较少，其破坏机理尚未明确。为探究销轴耳板连接的破坏形式和承载力，设计7个销孔直径为45 mm，端距与边距比值不同的足尺销轴耳板连接试件，并进行拉力破坏性试验。采用有限元软件ABAQUS对其受力性能进行数值模拟，模拟得到的破坏形式与承载力同试验结果基本一致，验证了有限元方法的正确性。基于有限元模型对销轴耳板连接进行参数化分析，研究销孔直径(93、136 mm)、耳板端距(0.5~4倍销孔直径)、耳板边距(0.5~1.5倍销孔直径）等参数对销轴耳板连接破坏形式和承载力的影响，结果表明耳板端距和边距是影响销轴耳板连接破坏形式和承载力的主要因素。通过理论推导和线性拟合的方法得到了孔壁承压破坏、净截面拉断破坏、端部截面剪切破坏下的承载力计算式。通过算例对比分析提出的设计方法与我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》、欧洲BS EN 1993-1-8、美国AISC 360-10在相同设计荷载下设计销轴耳板连接时尺寸的差异，并对我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》的改进和完善提出相关建议。     

带垫板的双肢背靠背C型钢组合柱承载力分析

针对带垫板的双肢背靠背C型钢组合柱,通过试验和有限元模拟分析,研究该类型组合柱在偏心荷载作用下的受力特性,就偏心距、长细比、垫板厚度和间距等参数对组合柱承载力、刚度与轴向荷载的关系和M-φ曲线的影响进行讨论。结果表明:C型钢腹板和受压翼缘在整体失稳之前出现了严重的局部屈曲,组合柱的破坏模式均为弯矩作用平面内的弯曲失稳。长细比、偏心距和垫板间距是影响组合柱受力性能的主要因素,垫板厚度的影响有限。最后与规范GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》规定的柱承载力的计算方法进行对比,对该类组合柱的承载力计算给出了相关建议和承载力计算的修正系数。     

Research on mechanical behaviour of overlapped CHS-to-SHS welded N-joints

An experimental programme and associated parametric analysis of overlapped CHS-to-SHS welded N-joints were carried out. Two partially overlapped CHS-to-SHS welded N-joints were tested to failure under overlapping brace axial compression and chord axial loading. Elastic-plastic large deflection finite element analysis (FEA) of the experimental joints was performed and the FEA results for the failure mode and ultimate capacity are found to be in good agreement with the tests results. A detailed parametric study is subsequently conducted to examine the failure modes and to study the effect of geometric parameters and chord forces on the ultimate bearing capacity of the joints. The analytical results show that there are four possible failure modes of the joint under overlapping brace axial compression. It also reveals that brace-to-chord width ratio, chord width-to-its thickness ratio and brace-to-chord thickness ratio have a large effect on the failure mechanism and ultimate bearing capacity of overlapped CHS-to-SHS N-joints. Furthermore, the effect of chord compression force on the ultimate bearing capacity of the joints cannot be neglected.     

高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱轴压性能试验及有限元分析

通过对10根550MPa高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱的足尺轴压试验,得到立柱的极限承载力和破坏模式,并在试验的基础上建立墙体骨架立柱有限元分析模型。在有限元分析模型的正确性得到试验充分验证的情况下,对高强冷弯薄壁型钢墙体骨架立柱进行参数分析,分析结果表明:自攻螺钉直径的变化、采用两个螺钉连接立柱与导轨、导轨厚度和屈服强度的变化以及改变墙体骨架立柱间距均对墙体骨架立柱的轴压承载力没有显著影响;在墙体骨架两侧设置柔性拉条对立柱轴压承载力的提高很有帮助,拉条间距小于1/4柱高后承载力提高幅度不大。     

先张法预应力钢绞线高强混凝土大直径管桩受弯性能研究

为研究大直径钢绞线管桩的受弯性能,对3根不同直径钢绞线桩进行足尺试验、理论分析和有限元模拟,对比研究了大直径钢绞线桩的开裂弯矩、裂缝开展及分布、受弯承载力、变形延性和破坏特征等。结果表明：大直径钢绞线桩受弯破坏时受压区高强混凝土压溃,截面中心轴以下钢绞线都达到屈服强度,具有较高的受弯承载力和良好的变形延性;理论分析方法能够较好地预测大直径钢绞线桩的受弯承载力;建立的有限元模型可以合理地模拟大直径钢绞线桩的受弯性能,模型计算结果与试验结果吻合较好。     

Investigation on flexural behavior of pretensioned prestressed steel strand high strength concrete large-diameter pipe piles

为研究大直径钢绞线管桩的受弯性能，对3根不同直径钢绞线桩进行足尺试验、理论分析和有限元模拟，对比研究了大直径钢绞线桩的开裂弯矩、裂缝开展及分布、受弯承载力、变形延性和破坏特征等。结果表明：大直径钢绞线桩受弯破坏时受压区高强混凝土压溃，截面中心轴以下钢绞线都达到屈服强度，具有较高的受弯承载力和良好的变形延性；理论分析方法能够较好地预测大直径钢绞线桩的受弯承载力；建立的有限元模型可以合理地模拟大直径钢绞线桩的受弯性能，模型计算结果与试验结果吻合较好。