销轴连接转动性能的有限元分析

销轴连接是一种常见的铰接连接形式,其转动性能直接影响到结构的传力形式及设计计算的准确性.通过建立二维ABAQUS模型,定义名义弯矩值,定量分析转动角度、摩擦系数、荷载水平和耳板孔与销轴间间隙等对典型的销轴连接转动性能的影响.有限元分析表明：荷载水平较低时,转动引起的名义弯矩值不随转动角度增大而变化.当荷载水平较高时,名义弯矩随转动角度增大而变大;摩擦系数较小时,名义弯矩值随着荷载水平增大而变大.随着摩擦系数增大,名义弯矩值随着荷载水平增大先变大后减小,且其峰值随摩擦系数增大而变大,所对应的荷载水平减小;随着耳板孔与销轴之间的间隙增大,名义弯矩峰值先变小后变大.合理选取间隙,可以改善销轴连接的转动性能.     

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。     

基于赫兹理论的销轴连接修正设计方法研究

工程设计中销轴连接的接触应力峰值及应力分布模式大多以赫兹接触理论为准则进行分析。一般认为,作用于销轴的荷载在耳板范围内均匀分布或以等效集中力形式作用于耳板中线处,但实际工程中销轴连接的边界条件并不完全符合赫兹理论的假定。为得到更为精确的销轴连接应力计算式,在有限元模型中各相关参数的设置得到验证后,对销轴连接进行了参数分析。研究摩擦系数、耳板厚度、耳板间隙和销轴直径等参数对处于弹性工作状态的销轴连接的接触应力数值及其分布规律的影响,并对大量有限元分析结果进行拟合,提出了基于赫兹接触理论修正的销轴局部接触应力峰值计算式及销轴的最大弯曲应力计算式。在建议的尺度范围内,采用修正后的应力计算式的计算结果和有限元分析结果吻合较好,且具有较高的精度,可为工程应用提供参考。     

销轴接触设计计算方法在混凝土泵车臂架设计中的应用

销轴连接结构是泵车设计中最为常用的一种传力结构,对其进行细致的接触应力分析,研究各参数对接触应力大小和分布的影响,对销轴的设计与轻量化应用显得尤为重要。本文以X米泵车销轴设计为例,计算销轴连杆连接结构的接触应力,计算结果基本反应了接触应力的大小和分布,同时计算结果与西安交通大学机械学院何建伟对销轴进行的弯曲疲劳强度试验研究得出的相关结论相符合,证明了接触有限元算法是销轴连接装置设计校核的一种可靠方法。     

考虑销轴连接间隙非线性行为的等效计算方法

销轴连接在工程设计中是一种常用的连接方式,计算整体结构时一般可以简化为理想的铰接节点.考虑到加工安装的要求,工程中常用的销轴连接构造中通常有一定的间隙,销轴连接通过销轴与孔的接触和间隙的闭合来传递构件内力,因而在微观上表现出了显著的非线性特征.为了考察该局部非线性行为对整体结构性能的影响,本文提出了一种基于通用有限元分析软件的高效而精确的简化计算方法,即通过对两端被销轴连接所联系的构件的材料本构关系进行非线性化来模拟和等效销轴连接的非线性接触行为.应用该方法对某一含有较多销轴连接的屋盖结构进行了对比分析.结果 表明,销轴间隙对结构的整体性能和构件的内力分布都有相当程度的影响,应给予充分重视.     

FRP-混凝土-钢双壁空心管截面轴力-弯矩关系研究

为建立FRP-混凝土-钢双壁空心管(简称双壁空心管)截面轴力-弯矩相关曲线方程,推导了双壁空心管压弯构件截面承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。对构件的纤维特征值、内层钢管强度和含钢率等因素对双壁空心管截面轴力-弯矩关系的影响进行了分析。基于理论分析和试验结果,提出了双壁空心管截面轴力-弯矩相关曲线方程。     

抗拉剪摩擦型高强度螺栓连接的设计计算

为使抗拉剪摩擦型高强度螺栓连接的设计计算更趋合理、简便，分析了由弯矩作用引起的受压区板门压紧力变化对连接承载力的影响，提出了弯矩与剪力共同作用时和弯矩、轴力与剪力共同作用时的摩擦型高强度螺栓连接承载力的计算公式及其简化式．     

箱形钢梁双销轴连接承载性能分析

在国内建筑钢结构领域,采用可拆卸的销轴节点对钢箱梁进行拼接是一种新的连接形式。结合国产材料和技术标准,研究这种箱形钢梁新型拼接节点的承载性能,提出销轴连接的极限状态,分析节点中双销轴的相互作用,提出双销轴在相互影响下的极限承载力计算方法,得到适合于国内销轴连接的设计方法。对该新型拼接节点进行非线性有限元数值分析,验证销轴极限承载力的简化计算方法。     

基于界面力学的跨座式PC梁铸钢支座接触分析

跨座式PC梁铸钢支座作为城市轨道交通的主要传力构件,承受着轻轨车高速运行产生的纵横向荷载、扭转荷载及冲击荷载等多种荷载作用,其受力状态对轨道安全运营极为重要。为了研究支座销轴和摆孔的接触应力,文章通过大量圆柱滚子轴承接触的研究,比较分析了现有轮轨接触模型及其计算方法。从界面力学的角度研究销轴与摆孔之间的接触,在滚动接触摩擦的基础上,考虑销轴的滚滑运动状态,建立支座的接触力学模型,研究跨座式PC梁铸钢支座在荷载作用下的力学效应。结果表明,支座应力主要集中在销轴和摆孔的接触面上;活动支座因为滚滑作用,承压板和锟轴应力明显较固定支座高;支座设计单位在各部件材料强度选取上是符合实际接触应力规律的。     

起重机械销轴的设计计算方法探讨

分析起重机械用销轴的传统设计计算方法,研究销轴与耳板孔接触载荷的不同简化方法对其强度计算结果的影响。指出接触载荷按三角形分布时,其计算结果与有限元分析结果更为接近,可作为销轴初步设计计算的依据。     

建筑索结构销轴耳板连接节点承载力试验研究和有限元分析

建筑结构中的拉索常采用热铸锚具,通过单耳式或叉耳式连接件与结构耳板销轴连接。而索节点破坏将造成拉索失效,甚至结构连续性倒塌。目前,各国标准中关于销轴连接耳板承载力的计算存在较大差异,中国标准主要参照欧洲标准,但内容尚不完善。为研究若干关键尺寸对耳板承载力的影响,对销接耳板进行单轴拉伸试验,并采用CEN双折线法求得试件承载力;采用弹塑性实体模型进行有限元分析,得到耳板应力分布基本规律。结果表明：耳板端距和中截面单宽与耳板承载力正相关;加焊贴板能有效增强耳板承载能力;耳板应力分布较不均匀,当耳板破坏时远离销孔的材料强度并未得到充分利用。与试验结果对比所得,中国标准的销接耳板承载力计算较为保守,因此在净截面受拉承载力和端部抗劈拉承载力的计算式中提出了有效宽度和有效端距的建议值,并考虑了增焊贴板的作用。     

木结构螺栓连接试验研究及承载力设计值确定

现行木结构设计规范只规定了相同强度等级木构件螺栓连接承载力的计算方法,不能满足工程实践中连接不同强度等级木构件的需要。采用东北落叶松和樟子松木材,分别进行了销槽承压试验和螺栓连接性能试验。试验验证了欧洲销连接屈服模式,并证明了在我国规范中螺栓连接设计考虑圆钢销塑性不充分发展的假定更符合实际情况。提出了销槽承压有效长度系数及螺栓连接承载力建议计算式,并引入了钢材的弹塑性强化系数,以体现钢材特性对承载力的影响。在保持与现行木结构设计规范可靠度一致的条件下,对螺栓连接的承载力设计值进行了校准,得到了对应于各种屈服模式的抗力分项系数。所提出的螺栓连接承载力建议计算式能用以计算不同强度等级木构件螺栓连接的承载力,且与现行规范的计算结果基本一致。     

空间结构节点耳板连接的塑性开展控制及设计研究

耳板销轴连接整体承受钢拉杆的较大拉力,但与销轴接触局部承压并可能产生较大面积的塑性开展区域。相关设计规范根据节点板承压承载力、节点板抗撕裂承载力对节点耳板的各几何参数进行设计计算,在总体上保证节点板的承载力要求,但对于节点板各几何参数对于应变分布及位移发展控制的影响关系并不清楚。对节点板各尺寸对于控制应变开展的有效性进行分析研究,以得到各几何参数的最佳取值,使材料得到最有效的使用。     

大跨钢桁架与钢柱销轴连接节点试验研究

销轴节点由于外形美观、施工方便、构造简单等特点,已广泛地应用于建筑结构构件连接中,但在钢桁架与钢柱连接中并不多见,而且在我国规范中还没有相关规定。参考欧洲规范对销轴节点进行设计,并对销轴节点进行了静力荷载和循环荷载作用下的足尺和缩尺试件的试验研究。同时采用有限元软件ABAQUS进行分析校核,得到了极限承载力、荷载-位移曲线和滞回曲线。试验结果表明,销轴节点具有较好的延性和抗震性能,验证了欧洲规范计算方法的可靠性和适用性。最后,提出了销轴计算公式改进建议和相关节点构造措施。     

圆钢管混凝土悬臂长柱压弯剪性能研究

为了进一步研究各参数对大长细比圆钢管混凝土柱压弯试件受力性能的影响,在试验的基础上,采用非线性有限元软件ABAQUS 6.12分析了轴压比、混凝土强度、钢材选取、含钢率以及柱身弯矩分布等参数对试件的破坏模式、初始刚度、极限承载力等静力性能的影响。分析结果表明:试件轴压比和含钢率的变化能显著影响圆钢管混凝土的承载力;采用C60等级混凝土时,试件的初始刚度、承载力会相应提高;而采用C40级和C50级混凝土时,其承载力等提高并不明显;钢材屈服强度对试件的初始刚度没有明显变化,而其极限承载力有小幅度增加;随着柱顶弯矩的增加,试件的初始刚度和极限承载力均有所下降且下降程度较快;当两个方向所受的力相同时,试件的承载力降低程度最大。     

新型插入式网壳结构节点压弯性能分析

毂型节点连接是空间单层网壳结构主要的节点连接形式之一。对空间单层网壳结构进行模拟仿真分析时,连接节点通常按刚性节点处理,杆件除承受轴力外,还承受较大的弯矩,但是目前相关规范对此类结构尚无设计方法。采用理想弹塑性应力-应变关系和von Mises屈服准则、同时考虑几何非线性与接触非线性的影响,建立了毂型节点的有限元模型,对其在轴力与弯矩共同作用下的受力性能进行了大量非线性有限元仿真计算,进而得出极限弯矩与极限轴力对节点极限承载力的影响。     

正交胶合木在垂直于层板板面光滑销式紧固件下的销槽承压试验研究

螺栓连接是最常用的一种现代木结构节点连接形式,确定其连接承载力需明确木材的销槽承压强度.正交胶合木(CLT)的正交结构及层板间缝隙等构造,使CLT的销槽承压性能不同于其他工程木产品.本文对180件材料为SPF的CLT试件进行了销槽承压试验,针对不同层数、不同加载角度、销轴是否位于拼缝处的情况进行试验及计算分析,结果表明...     

ATCFSST-SCB中柱节点M-θ骨架曲线影响因素分析

为分析不同因素对外加强环式方钢管混凝土柱-钢蜂窝梁节点弯矩(M)-转角(θ)骨架曲线的影响,设计了25个不同参数的该种节点,采用有限元软件ABAQUS模拟了这些节点在低周往复荷载作用下的受力过程,模拟前采用已有试验数据对模拟方法进行了验证。提取了各节点的M-θ骨架曲线,并计算了各节点的抗弯承载力、极限抗弯承载力和初始刚度。通过对比分析,得出如下结论:轴压比、钢材屈服强度增加,节点的抗弯和极限抗弯承载力明显提高,而初始刚度受其影响较小;梁柱线刚度比增加,节点的抗弯、极限抗弯承载力、初始刚度增加,且初始刚度增加较大;加强环板宽度增加,节点抗弯、极限抗弯承载力增大,初始刚度先增加后减小;含钢率增加,节点抗弯承载力、初始刚度明显增加,极限抗弯承载力小幅增加;开孔率增加,节点抗弯、极限抗弯承载力、初始刚度降低,且开孔率不是很大时,三者降低较小,而孔间距、距离的增加,均会提高节点的抗弯、极限抗弯承载力,但二者过大或过小均会引起节点的初始刚度降低。     

高强冷弯型钢骨架墙体立柱轴压性能试验研究及有限元分析

对12根550 MPa高强冷弯型钢骨架墙体立柱进行了足尺轴压试验研究,其中包括6根单面带肋钢板墙体立柱和6根双面板(带肋钢板+石膏板)墙体立柱,在试验研究的基础上建立了墙体立柱有限元分析模型。在有限元分析模型充分得到试验验证的情况下,对影响墙体立柱轴压承载力的钢墙面板、墙体柔性拉条、连接螺钉间距等因素进行参数分析,分析结果可供设计参考。分析结果表明:相同用钢量的平钢板代替带肋钢板对单面钢板墙体立柱轴压承载力有较大的降低作用,但对双面板墙体立柱轴压承载力影响甚微;设置柔性拉条可以提高单面带肋钢板墙体立柱轴压承载力,但对双面板墙体立柱轴压承载力没有影响;连接立柱与墙板的螺钉间距不大于300 mm时,减小螺钉间距并不能提高墙体立柱轴压承载力;墙体周边螺钉间距小于150 mm时,减小墙体周边螺钉间距对墙体立柱轴压承载力提高幅度不大。