钢管柔性法兰轴拉承载力特性研究

柔性法兰是一种盘面平整、易于加工的钢管连接形式。但是,由于法兰主管与法兰盘间未设置加劲肋,法兰节点的刚度相对较小,盘面会发生翘起变形。基于此变形特点,开展了柔性法兰轴拉承载力试验及非线性有限元模拟分析,考察柔性法兰的轴拉承载力特性,重点研究柔性法兰盘面变形特性及应变发展规律。研究结果表明:轴拉作用下法兰主管与法兰盘连接焊缝处存在应力集中现象且试验中也在此焊缝处被拉裂;法兰盘下侧受拉,上侧受压,法兰盘根部张开,盘面中部应变发展最快。基于试验及模拟分析结果,柔性法兰连接螺栓处于拉弯复合受力状态,螺栓受力修正系数m值略小于规范值;法兰盘相对转角计算公式可用于柔性法兰连接设计。     

不同螺栓连接内外双圈法兰的轴拉承载力研究

随着电网建设的快速推进,输电塔结构日益大型化,对节点的安全可靠性提出了更高的要求。钢管外圈螺栓连接的常规刚性法兰连接形式难以满足高度高、荷载大的大跨越钢管塔的承载力要求,因此提出一种新型内外双圈螺栓法兰节点来克服传统刚性法兰存在的缺陷。以某大跨越塔为背景,设计配置螺栓强度等级不同的内外双圈法兰缩尺试件,并开展轴拉承载力对比试验,重点探讨外内圈螺栓荷载分担比例以及螺栓强度等级对其的影响。同时,进行内外双圈法兰轴拉承载力特性的非线性有限元模拟,考察内外双圈法兰的承载力特性。试验及有限元分析结果表明:内外圈螺栓的拉力分配合理,内外双圈法兰连接形式安全可靠;提高螺栓强度等级可有效减缓上下法兰板间张开量的发展趋势;当配置内外不同强度等级的螺栓时,外内圈螺栓轴拉力的比值随着荷载的增大而增大。     

钢管柔性法兰轴拉承载力试验及内外角焊缝受力特性分析

柔性法兰通过内外两条环向角焊缝与钢管连接。相关技术规范规定了轴拉、偏拉下柔性法兰的承载力计算公式,但未考虑到柔性法兰角焊缝受力的复杂性。开展柔性法兰的轴拉承载力试验研究和相应试件的有限元模拟,考察柔性法兰的轴拉承载力特性,重点研究柔性法兰内外环向角焊缝的受力机理及轴力分担比例。研究表明,轴拉力作用下外焊缝与主管连接处存在较大应力集中;外焊缝为柔性法兰的主要传力焊缝,而内焊缝在传力的同时有效保证了法兰节点的安全稳定;轴拉受力时外焊缝与内焊缝应力比在2.0以上,设计及加工时应特别注意外焊缝的计算及焊接质量,而内焊缝焊脚尺寸可以是外焊缝焊脚尺寸的60%～100%,该研究成果可为柔性法兰及其焊缝设计加工提供参考。     

轴拉荷载下内置加劲肋内外刚性法兰承载力性能研究

结合国内外现有研究成果,在传统内外刚性法兰的基础上,提出一种内置加劲肋的新型法兰连接形式。采用ANSYS有限元软件,对含内置加劲肋法兰节点进行轴向拉伸参数分析,找出参数变化导致内外螺栓受力的不均匀度变化。结果表明:含内置加劲肋法兰比无内置加劲肋法兰较早达到屈服极限,且最大承载力略小于无内置加劲肋法兰;含内置加劲肋双圈法兰受力情况比较复杂,尤其是内置加劲肋两侧的螺栓轴力明显大于其他地方;内外圈螺栓受力不均匀度随内置加劲肋厚度的增大而增大。     

高颈法兰轴心受拉试验与有限元分析

以练塘至泗泾500 kV送电线路钢管塔结构中采用的高颈法兰为试验对象,开展了4类不同尺寸的12个高颈法兰的足尺模型静力试验和有限元参数分析;在试验和有限元参数分析结果的基础上,提出了相应的构造建议。结果表明:高颈法兰的极限承载力均能达到设计荷载的1.6倍以上,高颈法兰有较高的安全储备;法兰板厚度和法兰颈高度对高颈法兰的承载能力影响较大,增大法兰板的厚度和法兰颈的高度能提高法兰的整体刚度,有利于减小法兰板与法兰颈的应力;高颈法兰在试验过程中具有较高的承载能力,结构在破坏前均有明显的预兆,具有较高的安全储备,可在工程中推广应用。     

变电构架中刚性法兰的有限元分析

研究了变电构架中钢管刚性法兰盘连接的抗拉受力性能,应用大型有限元软件ANSYS进行了非线性数值分析,揭示了刚性法兰盘在拉弯力作用下的受力特点,将有限元计算结果与《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)计算结果进行对比分析,为修编《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》刚性法兰节点连接章节提供参考依据。     

钢管结构法兰连接节点拉弯承载力简化设计方法

法兰连接是钢管结构中一种重要的连接形式,拉、弯作用是法兰连接节点的主要受力工况。国内外现存的法兰连接节点在拉、弯作用下的承载力验算公式很少,且未能全面考虑节点的受力特性,有明显的不足。利用屈服线理论,得到了由法兰板厚度控制的法兰连接节点拉弯承载力计算公式,并与可靠的有限元计算结果相比较,证明了所提出的理论计算公式的合理性和适用性,可为法兰连接节点拉弯设计提供参考。     

圆钢管法兰连接承载性能的有限元分析

法兰连接是钢管结构中常见的连接形式。圆钢管的法兰盘连接可以分为无加劲肋和有加劲肋两种形式。国外的相关资料中只有圆管无肋条件下的法兰盘厚度计算公式,国内有关法兰盘连接计算方法的规程尚未正式出台。针对圆钢管法兰盘连接,在由屈服线理论推导得到的理论公式基础上,对其承载性能进行了有限元分析。通过分析有限元计算结果,对理论公式进行了修正和改进,得到更为合理的设计方法。     

柔性法兰节点轴拉承载力试验及盘面变形计算

柔性法兰是一种构造简单、盘面平整的钢管连接节点形式,通过内、外两道环向角焊缝传力。研究了柔性法兰节点轴心受拉承载力特性,以法兰盘厚度为参数,开展柔性法兰轴拉承载力试验研究,考察了柔性法兰盘面变形特点及节点应变发展规律,发现增大法兰盘厚度可使柔性法兰轴拉屈服承载力提高约15%。建立柔性法兰的非线性有限元模型,分析了轴拉作用下柔性法兰的变形特性及法兰盘和内、外角焊缝的应力分布及发展情况。分析结果表明:法兰盘根部内缘张开,外缘顶紧,盘面中部应力最大,与试验结果吻合良好。最后,提出轴心受拉柔性法兰盘面变形计算方法,建议法兰盘根部变形修正系数取1.4,提出的盘面变形计算公式可供柔性法兰设计时参考。     

轴拉荷载下内外法兰连接屈服承载力试验研究

为研究超高钢管输电塔内外法兰连接在轴拉作用下内外圈螺栓力的分布规律及内外法兰连接屈服承载力计算方法,对10个具有不同参数的内外法兰连接试件进行了轴向拉伸试验;利用经试验验证的有限元模型,进行了外、内圈螺栓力比值(螺栓力比值η)的参数敏感性分析;将内外法兰连接等效为弹性转动约束梁提出了力学模型和螺栓力比值的理论计算式。试验结果表明：内圈和外圈的螺栓力并不相等,法兰连接屈服承载力小于内外圈螺栓屈服承载力之和;在弹性阶段,内外法兰连接的螺栓力比值保持不变;在弹塑性阶段,内圈和外圈的螺栓力随外荷载增加趋于一致。参数敏感性分析和试验结果均表明,螺栓力比值随螺距比、螺栓数量、法兰板厚度和钢管径厚比的增加而单调增加。是否考虑内外螺栓力不等所得的屈服承载力之比的最小值为0.8。螺栓力比值理论计算式很好地阐释了试验及参数敏感性分析获得的螺栓力比值随参数变化的规律,计算结果与试验和有限元结果吻合良好。由62 382个内外法兰连接模型的有限元计算结果与理论结果之比的均值为1.0,变异系数为1.3%,螺栓力比值理论计算式适用于钢管径厚比为40～100的内外法兰连接。     

方钢管混凝土轴压短柱承载力分析

采用统一强度理论,对方钢管混凝土轴压短柱进行研究,提出一种方钢管混凝土轴压短柱极限承载力的简化计算方法,与国内外大量试验数据进行比较,结果符合良好,验证了理论公式的正确性。该结果为方钢管混凝土轴压短柱的承载力计算提供了一定的理论依据,可供有关工程参考。     

影响钢管混凝土柱轴压承载力的因素分析

对钢管外直径、钢管内外直径比、钢管径厚比以及混凝土强度等因素对双钢管混凝土柱及单钢管混凝土柱轴压承载力影响进行分析 ,得出了一些有益的结论 ,对工程实践和设计具有一定的借鉴意义     

圆钢管混凝土X型节点轴压承载力研究

采用ABAQUS分析软件对圆钢管混凝土X型节点进行轴压荷载作用下的非线性分析,依据轴压荷载作用下节点各组成部分的应力分布情况及圆钢管混凝土节点承载力随相贯角度、宽厚比、竖向连接板厚度、衬板厚度、混凝土强度等控制参数的变化曲线,提出了节点承载力的计算式模式,通过拟合得出最终的节点承载力计算式。研究表明:相贯角度、宽厚比、混凝土强度对其承载力影响较大,竖向连接板的厚度、衬板厚度对其承载力影响相对较小;所提出的节点承载力计算式精确度较高且偏为安全,可用于工程实际中构件承载力的计算。     

基于神经网络的十字形截面方钢管混凝土组合异形柱轴压承载力研究

采用有限元法对方钢管混凝土组合异形柱轴压性能进行模拟分析,通过有限元模型的破坏形式和轴压承载力与试验结果对比,验证了有限元程序的可行性。基于有限元分析结果,训练神经网络,通过承载力的对比,二者误差较小,验证了神经网络的可行性和精确性。利用神经网络对十字形截面方钢管混凝土组合异形柱轴压承载力影响因素进行参数化分析,结果表明承载力随着钢材强度、混凝土强度、钢管高度、钢管尺寸和钢管厚度的增大而增大。     

方钢管混凝土轴压短柱承载力影响因素分析

在确定钢材的本构关系和核心混凝土的本构关系的基础上,采用大型通用有限元分析程序ABAQUS建立了轴压荷载下方钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析模型,分析了构件的荷载-变形关系;通过算例分析了钢材强度、混凝土强度、宽厚比和套箍系数对方钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线的影响。分析结果表明：混凝土强度等级对构件的荷载-变形曲线的形状影响不大,但随着混凝土强度的提高,构件的承载力有所提高;随着钢材强度的提高,构件承载力也提高。但承载力提高的百分率随着钢材强度的提高而降低。随着宽厚比的减小,构件的承载力提高;套箍系数对构件的承载力有着较大的影响,改变套箍系数会影响构件的荷载-变形关系曲线的形状。     

矩形钢管混凝土梁承载力的试验和模拟分析

通过对6个宽厚比大于55的钢管混凝土纯弯构件的试验研究和模拟分析,研究钢管混凝土梁的受力性能及影响因素。研究结果表明:钢管混凝土受弯构件具有较高的抗弯承载力和较好的延性,即使跨中挠度达到L/20,作用在试件上的外荷载仍能有所增加。构件的宽厚比对抗弯承载力的影响比高宽比的影响要显著。采用SAP2000模拟钢管混凝土梁受力的全过程,与试验结果吻合较好。     

镀锌对Q460高强钢管轴压承载力影响的试验研究

随着输电线路电压等级的不断提高,杆塔结构荷载越来越大,高强钢以其强度高等特点在特高压输电钢管塔中得到了较为广泛的应用。然而,目前国内对Q460高强钢管承载力特性的相关研究较为匮乏,更没有涉及到镀锌Q460高强钢管。针对12组不镀锌Q460高强钢管及6组镀锌Q460高强钢管试件开展轴压试验,研究Q460高强钢管的承载力及变形特性,分析镀锌对高强钢承载力特性的影响规律。结果表明:Q460高强钢管的承载力比我国相关规范中对应设计值高20%以上;镀锌对钢管的稳定承载力有明显的提高作用。     

钢管混凝土偏心受压承载力的试验及理论研究

进行了16个不同含钢率的钢管混凝土试件的偏心受压试验,得出了其荷载变形曲线及极限荷载。以双剪统一强度理论为基础,给出了钢管混凝土承载力的理论计算公式,并与试验进行比较,其结果基本一致,为钢管混凝土的分析计算提供了一定的理论依据。     

考虑局部屈曲的矩形钢管混凝土轴压承载力计算方法

基于已有的试验研究与理论分析,给出了矩形钢管混凝土中钢管不出现局部屈曲时的最大宽厚比限值,同时提出大宽厚比下矩形钢管混凝土中考虑钢管屈曲的承载力计算方法。通过回归分析给出了矩形钢管混凝土轴压短柱、轴压中长柱的承载力简化计算公式,简化计算结果和大量试验结果进行对比,用试验结果验证了简化计算结果的正确性。同时,采用CECS、DBJ、EC4、LFRD及AIJ规程计算了矩形钢管混凝土承载力并和试验结果进行对比,对比结果表明:欧洲EC4规程、DBJ规程及简化计算结果与试验结果较为接近,所提出的简化计算公式不仅适用于普通宽厚比下矩形钢管混凝土承载力计算,且适用于大宽厚比下考虑局部屈曲时承载力计算,实现了普通壁厚和薄壁矩形钢管混凝土承载力计算公式的统一。