带腹板双角钢的顶底角钢半刚性连接静力性能研究

考虑几何、材料、接触非线性,对带腹板双角钢的顶底角钢连接这种典型的半刚性连接在静载作用下的受力性能进行研究.采用有限元软件ANSYS对主要构件的顶底角钢、腹板角钢、高强螺栓、梁柱建立有限元模型进行三维非线性有限元模拟,分析节点应力分布、塑性发展、变形特性、接触摩擦状态以及破坏模式,得到M-θ曲线、极限弯矩承载力、初始连接刚度等连接性能数据,探讨了此类节点连接的主要受力性能.     

双腹板、顶底角钢半刚性连接节点的非线性有限元分析

用ANSYS有限元程序对双腹板、顶底角钢半刚性连接节点的非线性性能进行了理论分析,并将计算结果与试验结果进行了比较,两者吻合较好.通过对7个系列共23个双腹板、顶底角钢连接试件的有限元分析,重点探讨了连接的各类组件对节点力学性能的影响.结果表明:梁截面高度、顶底角钢厚度及与柱翼缘相连的顶底角钢螺栓间距对节点力学性能的影响较大;腹板角钢厚度对节点力学性能有一定的影响;柱腹板水平加劲肋、柱截面高度和螺栓直径对节点力学性能的影响较小.双腹板、顶底角钢连接梁柱节点属于典型的半刚性连接节点,建议在设计中考虑其对结构受力性能的影响.     

弹性节点的模糊分析及其在输电铁塔中的应用

针对铁塔结构中节点连接的复杂性,分析和了国内外输电铁塔的研究现状及设计计算方法,引入了弹性节点的模糊分析,并建立了平面和空间刚架的计算模型。在此基础上结合计算结果对平面上输电铁塔结构的节点位移进行了探讨。分析表明弹性节点的模糊分析结果对输电铁塔的结构设计具有实用价值和工程实际意义。     

钢结构中高强螺栓连接的数值模拟方法

为能够对使用众多高强螺栓群拼接的钢结构大型复杂节点进行精确的有限元数值模拟分析,并揭示螺栓拼接节点在各阶段的受力性能,提出了一种以连接件单元代替螺栓的简化模拟方法。对高强螺栓单剪连接使用实体单元建模,并考虑各种非线性影响,进行精细的有限元模拟分析。在深入研究连接的弹性、滑移、强化和屈服等各个阶段受力机理的基础上,给出了代替螺栓连接件的本构关系,并将其成功应用于简化的壳单元连接模型中。针对工程中常用的不同规格连接进行了大量算例分析,并将简化模型与精细模型计算结果进行对比,验证了所提方法在高强螺栓拉剪连接有限元模拟中的可行性,为使用数值模拟方法揭示大型复杂螺栓群连接节点的真实受力状态奠定了基础。     

双腹板顶底角钢梁柱连接受力性能分析

建立双腹板顶底角钢梁柱连接节点的精细有限元模型,对模型进行了非线性有限元数值计算,分析了在单调荷载作用下双腹板顶底角钢梁柱连接节点的承载力、极限变形状态、破坏机理和变形状态.深入探讨了双腹板顶底角钢梁柱连接高强螺栓的预紧力,角钢与梁、柱之间的接触压力等节点组件之间的力学特性,获得试验难于测得的力学特性,为双腹板顶底角钢梁柱连接在工程中的应用提供理论依据.     

特高压输电钢管塔双重非线性分析

输电铁塔通常被简化成桁架结构并采用线弹性和小变形分析方法进行设计,而特高压输电铁塔结构柔度大、负载高、杆件连接复杂,若仍按线弹性分析不能准确反映其真实的受力情况.采用有限元分析方法建立铁塔空间梁杆混合模型,单元模型中考虑几何非线性和材料非线性的双重影响,并与在设计荷载下的真型塔试验对比验证了模型的正确性.分析结果表明,按线弹性和小变形法设计的特高压输电铁塔安全裕度过大、浪费材料,应考虑几何非线性、材料非线性及端弯矩对结构受力性能的影响.最后对铁塔主材的应力计算及次应力分布特点进行分析,为评估特高压输电塔的承载力提供参考设计建议.     

单角钢螺栓连接节点板拉剪性能研究

对某角钢塔典型节点进行足尺试验研究和有限元参数分析,考察单角钢连接节点板受拉剪时的工作性能和破坏模式.结果表明,单角钢连接节点板受拉剪时可能发生块状拉剪撕裂和受拉断裂两种破坏模式;垂直于受力方向的螺栓孔间距、顺受力方向的螺栓孔间距和节点板形状对单角钢连接节点板的极限承载力有显著的影响;偏心作用只会降低节点板的屈服破坏承载力,对其极限承载力影响甚小.通过可靠度分析,评价现有节点板设计方法用于单角钢连接节点板的适用性.     

输电塔主材双包连接节点螺栓不均匀受剪研究

依据钢结构理论阐明了输电塔主材双包节点螺栓的双重不均匀受剪原理,通过精细化数值分析验证了理论的有效性和可靠性,结合参数分析和钢结构计算原理推导了主材双包节点螺栓不均匀受剪的计算方法。结果表明:双包连接螺栓的受剪主要表现为双重不均匀性,一方面为螺栓纵向受剪不均匀性,即端部螺栓承担主要的内力,中间部位螺栓受力较小;另一方面由于轴力对螺栓双剪面的偏心弯矩以及内包角钢和外贴节点板连接刚度的较大差异,使得螺栓的两个剪切面受剪不均匀,即螺栓横向受剪不均匀性。输电塔结构设计中未考虑双包螺栓的横向受剪不均匀性,低估了螺栓的最不利剪力,偏于不安全。研究结论可以用于指导工程实践,对输电塔结构设计的发展具有重要意义。     

钢框架腹板双角钢连接梁柱子结构抗倒塌性能分析

腹板双角钢连接作为梁柱节点的一种常用连接方式大量使用于钢结构工程中,其节点的受力性能和破坏方式与钢框架的抗倒塌性能密切相关.采用显式动力准静态法分析了腹板双角钢连接梁柱子结构在大变形下的抗力机制转换及破坏模式,并通过试验结果进行了分析验证.通过对影响钢框架梁柱子结构抗倒塌性能的主要因素(梁跨高比、连接角钢厚度及节点螺栓布置)进行参数分析,获得了一些有价值的结论,为同类连接形式的钢框架结构抗倒塌分析和设计提供参考.     

单边连接高强单角钢压杆试验研究和仿真分析

为了研究单边连接高强角钢在输电铁塔中的受力性能,以48根Q460高强角钢为研究对象,对高强角钢双向压弯受力性能进行了静力加载试验研究.研究了压杆不同长细比时高强角钢的破坏模式、承载力、变形性能、截面应变分布等受力状态.试验表明,构件绕连接肢发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形,小长细比试件大多为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲.有限元数值模拟了实际试件的受力性能,结果表明:有限元分析的极限承载力结果偏大,美国ASCE规范值偏于保守,试验值处于美国规范值和有限元分析值之间,且靠近于有限元值.在模型试验和仿真试验的基础上,提出了单边连接高强角钢等效长细比公式.因此,试验结果可以为Q460高强角钢设计提供依据.     

输电塔单双角钢过渡节点计算方法

为有效提高结构承载性能,在输电塔单肢角钢主材的下部采用组合双角钢的方法,依托输电线路实际工程,选取输电塔中5个典型的单双角钢过渡节点,利用ABAQUS软件建立精细化有限元模型,通过数值模拟分析过渡节点的传力机理和承载力特性,开展不同偏心距的过渡节点受力分析,提出考虑弯矩调整系数和弯矩强化系数为主要控制参数的水平板厚度计算公式。     

腹板双角钢梁柱连接的滞回性能

为了研究腹板双角钢梁柱连接的滞回性能,在考虑材料、几何和接触状态非线性基础上,采用三维实体单元对腹板双角钢梁柱连接进行了循环加载有限元模拟.系统研究了角钢厚度、角钢长度、与柱连接角钢肢螺栓中心线到与梁连接角钢肢背距离以及高强螺栓直径和级别等参数对连接承载能力和滞回性能的影响.有限元分析结果表明:大部分连接在循环荷载作用下表现出良好的延性,转角超过0.04 rad,抗弯强度不大,可作为铰接节点;少部分连接具有相当的抗弯能力,在结构分析中,须考虑节点抗弯强度对框架性能的影响,不能简单作为铰接处理.建议在设计时,螺栓的线距在满足构造要求同时,取最大线距值;连接在满足抗剪要求的前提下,螺栓中距和端距应取最小构造间距,以保证角钢长度取值较小.     

输电塔-螺旋锚基础相互作用的研究

本文对一种新型杆塔基础-螺旋锚基础进行分析,给出了输电塔-螺旋锚基础相互作用的简化力学模型,利用Winkler假定模拟土的受力变形性质,用m法计算得出基础顶端横向作用力与位移的关系,作为上部结构的边界条件。采用有限元方法,推导了输电塔体系的整体刚度矩阵,利用自编的MATLAB程序,对某一输电塔分别按考虑和不考虑相互作用两种情况进行了计算、对比,考虑相互作用后,输电塔各节点的位移和杆件内力都相应地增大。本文进一步完善了螺旋锚基础的计算理论,具有一定的实用价值。     

输电塔-螺旋锚基础相互作用的研究

本文对一种新型杆塔基础-螺旋锚基础进行分析,给出了输电塔-螺旋锚基础相互作用的简化力学模型,利用Winkler假定模拟土的受力变形性质,用m法计算得出基础顶端横向作用力与位移的关系,作为上部结构的边界条件.采用有限元方法,推导了输电塔体系的整体刚度矩阵,利用自编的MATLAB程序,对某一输电塔分别按考虑和不考虑相互作用两种情况进行了计算、对比,考虑相互作用后,输电塔各节点的位移和杆件内力都相应地增大.本文进一步完善了螺旋锚基础的计算理论,具有一定的实用价值.     

基础水平位移对输电塔受力影响及其限值研究

运用有限元分析软件,建立桩-土-输电塔有限元耦合模型,基于输电塔杆件破坏失效准则,考虑不同基础组合工况,研究基础水平位移变化对输电塔受力影响规律,提出基础桩顶位移限值。研究结果表明,基础水平位移对输电塔塔腿杆件内力影响较大,线弹性阶段,杆件内力与基础水平位移呈线性关系;考虑杆件应力和破坏准则,得到两个典型基础桩顶水平位移限值为42 mm和69 mm。本研究可为输电塔基础设计提供指导。     

腹板双角钢抗剪连接受力性能有限元分析

对9个腹板双角钢抗剪连接节点进行了单调和循环荷载下的有限元分析,探讨了有钢尺寸、螺栓直径和螺栓的排列布置对节点的初始转动刚度、强度和延性的影响,总结了这种抗剪连接节点的受力行为.     

多层钢框架顶底角钢连接节点的受力性能研究

通过拟静力试验以及有限元ALGOR程序,对顶底角钢连接节点进行了低周反复荷载作用下试验研究和有限元分析,研究了顶底角钢连接节点的破坏形式、受力性能。分析结果表明:该类节点的强度与刚度主要取决于角钢的强度与刚度,角钢厚度的不同直接影响节点的性能;该类节点具有较好的耗能性能,但强度较低。这些研究结果对顶底角钢连接节点的研究和应用提供了一定的理论基础。     

钢管结构法兰连接节点抗弯承载简化设计方法

目的 提出法兰连接节点的抗弯承载设计方法,为实际工程中的法兰连接节点设计提供依据.方法 利用屈服线理论和简化的螺栓受力模型,得到分别由法兰板厚度控制和螺栓控制的法兰连接节点抗弯承载力,并力求综合两者,全面衡量法兰连接节点的受力特性.结果 根据屈服线理论得到的由法兰板厚度控制的弯矩承载力计算公式的结果,与有限元计算结果和试验结果进行比较,三者吻合较好,证明其具有合理性和良好的适用性;根据半T型连接模型得到的螺栓力计算公式,合理考虑了螺栓的撬力作用,并得到螺栓与法兰厚度等强时的法兰板厚度计算式.结论 最终得到了法兰连接节点全面的抗弯设计方法,提供了合理的设计流程,为法兰连接节点设计提供了一种有效途径.     

大跨越输电铁塔十字组合角钢填板的设计与试验

在输电线路铁塔设计中,经常使用实腹式双拼、四拼组合角钢构件。该类构件通常须在角钢之间加设填板,从而成为一个实腹式整体构件受力.在目前我国钢结构设计规范及输电线路设计规程中,仅简要地提出了填板设置上的构造要求,而对填板及其螺栓的设计计算、具体布置方式均未作详细说明.本文根据材料力学中的榫栓计算原理,并结合试验研究,整理出一套填板及其螺栓的计算方法,以供工程实践参考.     

波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力研究

为研究波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接承载力,考虑钢板厚度、钢板面层是否热浸镀锌等因素,对波纹钢板连接试件进行静力拉伸试验,并设计同等条件下平板连接试件试验为对照组.从试件的破坏模式、纵向接缝的滑移荷载、极限荷载、滑移位移和极限位移等方面进行分析.研究结果表明:热浸镀锌对连接试件的极限荷载基本无影响;当连接试件发生孔壁承压破坏时,波纹连接试件极限荷载比同等条件下平板连接试件高12%～20%,两者极限位移相差不大;当连接试件发生螺杆剪坏时,两者极限承载力基本相同,平板连接试件极限位移约为波纹板连接试件的1.3～1.7倍.通过规范计算结果与试验结果的对比分析,建议波纹钢板纵向接缝高强度螺栓连接的承载力偏于安全地按JGJ 99—2015计算.