高强钢板组合螺栓抗拉性能有限元分析

高强钢板钻孔攻丝后替代螺母,与高强螺杆组合成一种新的单边螺栓连接副,可用于钢管柱框架节点.为研究钢板组合螺栓抗拉承载力和破坏机理,在本组试验研究的基础上对4类钢板组合螺栓共64个试件进行单调拉伸数值模拟,以板厚和螺杆直径为研究变量,包括Q345B、45号钢、Q460C和Q690D四种钢材和10.9级M16、M20、M24、M27和M30五种规格高强螺栓.结果表明:Q345B、Q460C和Q690D均可作为45号钢的替代材料;钢板组合螺栓在锚固可靠的条件下,可按螺杆螺纹极限抗拉荷载的70%作为其抗拉设计值;钢板较薄时,发生钢板螺纹滑牙破坏,螺栓拔出,螺杆最大应力位于锚固区,钢板向外凸起,凸起量大于支点间距的1/200;钢板较厚时,发生螺杆拉断破坏,螺杆最大应力位于构造区,两种破坏模式中钢板的最大应力均位于钢板螺纹第一扣处.为保证钢板组合螺栓不发生钢板螺纹滑牙破坏,建议Q345B钢板厚度不宜低于1.15d;Q460C钢板厚度不宜低于1.10d;Q690D钢板厚度不宜低于0.95d,根据弹性力学和螺纹传力机理推导高强钢板组合螺栓抗拉承载力公式,公式计算结果与有限元结果吻合良好,研究成果可为钢板组合螺栓的设计提供参考.     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点抗震性能试验研究

为解决现有单边螺栓容易拔出、钢管柱壁板撕裂等锚固不足问题,提出高强钢板-螺栓组合连接副,用于钢管柱框架节点。为研究该类节点的抗震性能和破坏模式,设计4个足尺比例的高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱框架节点试件,变化参数为螺栓规格和钢梁端板厚度,分别进行单调加载静力试验和循环加载拟静力试验,考察节点破坏模式、转动能力、连接系数、耗能能力及螺栓拉力。研究表明:M20-20、M24-25两种钢板螺栓组合连接节点可达到抗震规范的节点承载力连接系数限值要求,为半刚性节点;单调和循环两种加载方式下节点的破坏模式相近,节点域应变和变形都较小,对节点转动角度影响可以忽略;循环加载下节点的破坏位移明显较单调加载的小,梁端受弯承载力略有提高,芯筒端部钢管柱应变显著增长,M24-25节点的耗能能力较M20-20的高约10%;循环荷载作用下的螺栓最大实测拉力大于单调荷载作用下的螺栓最大拉力,组合连接副承载力的设计方法有待进一步研究。     

耗能梁段长度对高强钢组合Y型偏心支撑框架受力性能影响的研究

采用ABAQUS有限元软件对高强钢组合Y型偏心支撑框架进行有限元分析,分别对5种不同长度的耗能梁段的进行单调加载和循环加载,研究耗能梁段长度对框架受力性能的影响。分析表明,高强钢组合Y型偏心支撑框架的耗能能力较强;耗能梁段长度越长,结构的耗能能力也就越强,但长度增加到一定程度时,结构的承载能力明显降低。     

钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件抗拉性能试验

为实现无湿作业、无焊接条件下将单向预制板横向钢筋拉通受力并形成双向板,考虑施工效率和可操作性,提出钢板组合单边螺栓钢筋连接件。为研究连接件抗拉性能,对22个试件进行单调拉伸试验,研究参数为钢板强度、螺栓个数、预紧力大小和锚固长度,重点考察破坏形态、极限承载力、荷载-位移曲线及变形能力。试验研究表明:此类连接件存在钢筋拉断、钢筋犁沟式拔出两种破坏模式;对于调质45~#钢盖板,连接件的钢筋临界锚固长度在2d～3d之间,低于临界锚固长度时钢筋犁沟式拔出,高于临界锚固长度时钢筋拉断;连接螺栓数为4时,连接件即可实现钢筋等强连接;连接件的盖板宽度减小时,临界锚固长度增加;在锚固长度相同条件下,连接件抗拉强度随螺栓预紧力增大而增大;对于Q460C高强钢盖板,均为齿钉挤压变形、钢筋拔出破坏;在相同试验条件下,带肋钢筋与光圆钢筋试件的破坏模式相同;提出了这种钢筋连接件的抗拉承载力的计算公式,与试验结果吻合较好,可为小直径钢筋机械连接设计提供参考。     

高强钢组合K形偏心支撑钢框架抗震性能试验研究

高强钢组合偏心支撑钢框架是一种耗能梁段采用屈服点较低的钢材(Q235,Q345),其他构件采用高强度钢材(Q460,Q690)的新型结构体系。为研究其抗震性能,对4个1∶2缩尺的单层单跨高强钢组合K形偏心支撑钢框架平面试件进行了单调加载试验和循环加载试验。试验以耗能梁段长度为变化参数,研究试件的破坏模式和主要抗震性能指标。研究结果表明,高强钢组合K形偏心支撑钢框架的承载力高、延性较好、耗能能力强;剪切屈服型试件的耗能能力好于弯曲屈服型;单调加载的破坏位移远比循环加载的大,前者的承载力高于后者,但相同位移时前者的荷载低于后者;循环荷载作用下试件破坏主要集中在第一道抗震防线耗能梁段上,此时高强钢构件基本处于弹性工作状态,残余变形较小;高强钢组合K形偏心支撑钢框架是一种有利于震后修复的双重抗侧力体系。     

高强钢芯筒-螺栓连接钢管柱节点静力性能试验

为解决现有钢管柱节点单边螺栓锚固不足和操作复杂的问题,提出高强钢芯筒-螺栓连接副装配式节点,连接副由内置于钢管柱的高强钢芯筒和常规高强螺栓组成.为考察这种新型节点的静力性能,对6个1∶1足尺钢管柱框架边节点进行单调加载试验,研究变量为钢芯筒类型、筒壁厚度、螺栓直径、钢梁端板厚度.重点分析节点关键部位的应力变化、变形能力、破坏模式、螺栓拉力和节点类型.结果表明:试件均为半刚性节点、梁端塑性铰破坏机制,封闭型芯筒厚度与螺栓直径相当时可以满足梁柱刚接的强度条件;节点域变形很小可以忽略,芯筒转动变形对节点转动影响不超过10%;钢梁端板与柱的间隙随着芯筒厚度减小而快速增长,螺栓有拔出趋势,连接副的抗拉设计值可按钢板螺纹抗拉承载力的70%取用.     

基于FEM的足尺落地式浅圆钢筒仓静态贮料作用分析

准确计算贮料对仓壁的作用,是大直径浅圆钢筒仓安全设计的前提.为此,采用有限单元法(FEM)对足尺落地式浅圆钢筒仓的静态贮料作用进行了数值模拟分析,包括小麦、铁矿石散粒、石英砂和水泥散料,其本构关系服从Drucker-Prager屈服非关联流动准则.采用3-D模型同时模拟了贮料和筒仓,建立考虑变形的面-面接触对,以更好地反映贮料对仓壁的静态作用.将FEM模拟值与国内外筒仓规范的计算结果进行了对比分析,并讨论了贮料力学参数的影响,表明FEM可作为一种准确、可靠的钢筒仓静态贮料作用计算工具.     

高强钢组合Y形偏心支撑钢框架抗震性能与震后修复分析

为研究高强钢组合Y形偏心支撑钢框架这种新型结构体系的抗震性能和震后可修复性,在试验的基础上对3种组合Y形偏心支撑钢框架进行有限元分析.采用ANSYS软件建模,3-D实体单元划分网格,考虑材料非线性和几何非线性,研究变量为耗能梁段长度.结果表明:耗能梁段长度对试件的初始刚度影响较大,对极限承载力影响较小;耗能梁段长度对破坏模式影响较大,在位移角相同的条件下,短耗能梁段的剪切变形发展更充分,长耗能梁段将导致钢框架节点弯矩大幅增长,使得框架梁先于梁段发生破坏,震后修复难度增加.为保证高强钢组合Y形偏心支撑钢框架的耗能梁段弹塑性变形发展充分,作为第一道抗震防线首先发生破坏,建议耗能梁段长度与层高的比值不宜大于0.25.