树状结构三分叉铸钢节点有限元分析

结合某实际结构工程,对三分叉铸钢节点进行有限元分析。首先设计并应用SOLIDWORKS建立考虑管径、壁厚、倒角半径、分叉角度等因素影响的计算模型,然后应用ANSYS计算轴力和弯矩共同作用下节点的应力状态,分析节点应力分布特征及最大应力出现的位置,并对影响节点受力性能及破坏模式的参数进行分析。研究结果表明:弯矩对节点最大应力的影响显著;三分叉铸钢节点主要存在主管轴向屈服、主分管交界处局部屈曲、分管撕裂破坏等3种破坏模式,节点受轴力作用且管壁相对较厚的情况下,发生主管轴向屈服破坏;节点受轴力作用、支管直径相对较大而管壁较薄的情况下,发生主分管交界处局部屈曲破坏;节点弯矩作用较大的情况下发生分管撕裂破坏。     

树状柱结构空间三分叉铸钢节点静力性能分析

某展览厅工程,运用ANSYS有限元分析方法分析树状柱结构空间三分叉铸钢节点在轴力、弯矩分别作用及弯矩和轴力共同作用三种情况下不同分管受力时的最大应力及其分布情况,并分析主分管之间倒角半径变化、分管之间内外壁倒角半径变化对节点受力性能的影响,结果表明在三种受力情况下,不同分管受力时,节点最大应力均远小于铸钢材料的屈服强度,说明该种节点有很大的安全储备。     

某游泳馆树状结构两分叉铸钢节点静力性能及倒角半径影响研究

某游泳馆采用3D3S结构设计软件进行整体建模计算,通过此工程中应用树状结构两分叉铸钢节点,以其轴力、弯矩、轴力和弯矩共同作用三种工况下节点的应力为分析对象进行计算,分析节点应力分布特征及最大应力出现的位置;研究不同倒角半径对节点受力性能的影响,得到了圆角化处理可以避免节点产生应力集中、内力形式影响最大应力值与最大应力出现位置以及选取适当倒角半径可以显著地降低节点的应力集中等结论。     

益田停车场出入线区间盾构隧道主体结构受力特征研究

针对益田停车场出入线盾构隧道主体结构穿越软硬不均匀地层的受力特点,基于荷载—结构计算模型,采用修正惯用法对隧道基本荷载组合(施工)、准永久荷载组合(运营)两个阶段管片衬砌受力情况进行了有限元数值仿真计算,揭示了不同工况条件下的应力、内力及变形的分布特点。研究结论如下:基础荷载和准永久荷载作用下,最大轴力、剪力、弯矩出现位置均未发生明显变化;最大轴力位于隧道两侧,最大剪力大约在偏离纵向轴线45°处,最大弯矩靠近最大剪力位置,盾构区间设计时建议考虑弯剪效应带来的影响。管片最大沉降变形位于拱顶处,且由上到下逐渐减小。从基础荷载组合到准永久荷载组合,最大轴力、剪力、弯矩量值逐渐减小,下降比分别为31. 55%,29. 10%,28. 71%,说明准永久荷载组合下,隧道更加安全。     

偏心受压作用下铸钢分叉节点受力性能试验研究

为了了解树状柱结构中的铸钢分叉节点在轴力和弯矩共同作用下的受力性能,对一个典型的铸钢三分叉节点进行了足尺模型偏心受压试验,试验在1 000t微机控制电液伺服压力试验机上进行,对铸钢三分叉节点主管进行偏心加载,偏心距200mm,分析了节点的位移变化和应力分布特征。采用Solid Works软件建立与试验节点相对应的分析模型,然后导入ANSYS软件对该节点进行有限元计算,将其计算结果与试验结果进行对比。进而提出了基于主管破坏的节点承载力计算公式。研究结果表明,试验结果、有限元计算结果及承载力计算公式计算的结果三者吻合较好,节点在受压侧与受拉侧的应力水平差异明显,弯矩作用影响显著。     

空间网壳结构焊接相贯节点性能分析

焊接相贯管节点连接简便,承载性能好,用钢量小,在海洋平台、桥梁、高层,尤其是大跨度网壳结构中应用广泛.空间网壳结构节点区受力复杂,目前的节点设计规范没有给出大型、异型及轴力、弯矩组合作用下焊接管节点的承载力设计方法.因此,有必要对焊接管节点在多种荷载工况下的性能进行分析.本文以北京市某空间网壳结构植物园的焊接管节点为背景,计算了节点在轴力、剪力、弯矩及扭矩组合作用下的应力、变形分布,得到了节点极限承载力,分析了节点弹性、塑性阶段刚度和承载性能的变化,并通过对比分析探讨了设置加劲肋和改变节点构造形式对节点强度和刚度的影响,对节点进行了优化.分析结果表明,贯通管节点在复杂受力条件下可能出现节点区应力集中导致局部屈服,对节点整体刚度有较大影响;在节点内部设置加劲肋能够缓解节点相贯处的应力集中,有效阻隔屈服区沿管壁方向扩展,提高节点极限承载力.     

基坑开挖旁侧盾构隧道结构横向受力与变形研究

针对基坑开挖旁侧盾构隧道结构横向受力和变形规律，提出了一种考虑围护结构变形影响的盾构隧道横向受力理论计算方法，并通过某实际工程三维有限元计算结果和干砂地层隧道旁侧基坑开挖离心模型试验结果，验证了隧道径向附加荷载理论计算方法的可靠性。结合该工程获取的围护桩水平位移、地表沉降、隧道变形和应变现场实测数据，探究了隧道横向受力-变形-内力之间的关联机制。结果表明：(1)隧道初始径向荷载呈“葫芦形”对称分布，侧方开挖引起隧道近基坑侧和拱顶外荷载减小，而远基坑侧和拱底外荷载增大，这与开挖引起的自由场地层位移和隧道位移相对大小有关，水平和竖向不均衡荷载由隧道纵向差异变形引起的环间剪切力平衡。(2)隧道椭圆形变形、朝基底方向的顺时针旋转角度和正负弯矩值随开挖不断增大。(3)隧道环向弯矩分布与螺栓相对位置关系密切相关，研究断面处近基坑侧拱腰附近存在螺栓，其将承担更多的环向拉应力；远基坑侧拱腰附近为混凝土管片，环向拉应力主要由管片承担，从而使得研究断面处隧道管片最大环向弯矩发生在远基坑侧拱腰位置。     

分叉柱底铸钢支座节点受力分析

铸钢节点作为一种新型的节点形式,因其较强的适应能力被应用于大跨度空间结构中.本文通过非线性有限元分析,对分叉柱底铸钢支座节点进行研究,分析其在轴力作用下的应力分布情况、变形分布情况以及荷载位移曲线,在此基础上得出一些有用的结论.     

层状围岩中管片衬砌受力特征的模型试验研究

深部层状围岩结构强度具有各向异性特点,此类地层中修建盾构隧道,管片衬砌易受偏压作用,对结构安全构成挑战。开展层状围岩与盾构管片衬砌相互作用关系的相似模型试验研究,研究不同层理倾角下管片衬砌壁后围岩压力、管片衬砌内力和变形分布规律。研究结构表明:管片衬砌受力和变形特征受层理面控制明显,管片衬砌受力极不均匀,弯矩、轴力和变形呈现非对称分布;管片衬砌壁后围岩压力最大值集中在强度最弱的层理面法线方向,该方向上管片衬砌的弯矩最大,轴力最小,变形最大;层理倾角对管片衬砌的受力和变形影响显著,层理倾角不仅影响管片衬砌壁后围岩压力分布形状还影响其量值大小;均质地层中,管片衬砌裂缝主要出在封顶块接头处和其他环向接头处,层状地层中管片衬砌裂缝出现位置受接头位置影响减弱,而受层理倾角影响明显,管片衬砌裂缝出现位置主要集中在层理面法向。研究结果对层状围岩中修建盾构隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

钢管混凝土拱-梁组合桥拱脚区域局部受力分析

钢管混凝土拱-梁组合桥的拱脚、系梁和端横梁固结在一起,构造复杂,杆系计算模型难以得到其应力分布规律。文章建立某钢管混凝土拱-梁组合桥的拱脚连接部位的实体有限元模型,分析其在最不利荷载组合作用下,拱脚固结区域的受力特征。结果表明:拱脚的结构刚度较大,最大变形出现在拱肋加载断面下缘;拱座主应力迹线分布水平方向明显比拱肋轴向密,以纵向受力为主;拱座底部约束导致约束节点处分别出现最大拉应力和最大压应力,远远大于混凝土抗拉强度,表明系梁的预应力偏心对拱座底部造成了较大的弯矩,实际结构中应考虑系梁预应力偏心对拱座造成的影响。相关计算结果可为类似结构分析提供参考。     

浅埋大断面黄土隧道初期支护安全性分析

以大西客运专线忻州隧道三七微台阶法开挖为工程背景,采用FLAC^3D模拟分析施工过程中初期支护结构的受力特性,并与锚杆轴力和喷射混凝土应力的现场测试结果进行对比分析,最后结合型钢混凝土截面受力计算方法,评价型钢混凝土初期支护结构的安全性。研究结果表明:①型钢混凝土主要承受压应力,且沿隧道中线呈轴对称分布,最大压应力出现在拱腰位置,而拱脚处局部承受拉应力,为施工中的薄弱部位,喷射混凝土应力实测值相对计算值偏小,但分布规律与计算值吻合性较好;②隧道系统锚杆主要承受拉力作用,最大拉力在锚杆1 m位置,沿隧道轮廓从拱顶到拱脚递减,且计算值略大于实测值,两者分布规律一致;③型钢混凝土结构安全系数从隧道拱顶到拱脚依次递增,且同一部位轴力安全系数小于弯矩安全系数,轴力安全系数最小值为3.86,满足规范要求,可适当增大钢拱架支护间距或减小喷射混凝土强度。     

树状结构节点有限元分析

对某工程铸钢节点进行有限元分析,节点类型根据几何形状分为V、Y和X型。利用有限元软件ABAQUS建立计算模型,设计参数包括管径、壁厚、分叉角度等;然后在不同工况下对节点进行受力性能分析;结果表明:铸钢节点的应力、变形均满足设计要求,具有较大的安全储备。     

某钢框架偏心核心筒弹塑性分析

结构在大震作用下会进入弹塑性并产生损伤,准确预测地震荷载下结构的非线性行为,对评估结构的抗震安全性具有重要意义.总结了现有的一些结构弹塑性分析模型,并介绍了清华大学土木工程系近年来以通用有限元程序MSC.MARC为平台所开发的一些新的结构弹塑性分析模型.这些模型可以直接将构件的非线性节点力(轴力、剪力和弯矩)、节点变形(平动和转动)和材料的非线性应力-应变行为联系起来,可以模拟各种复杂受力构件的滞回行为和轴力-双向弯曲-剪切耦合行为.同时,借助通用有限元程序方便的前后处理功能和非线性计算功能,这些模型可以准确模拟地震作用下结构的三维非线性地震响应.利用这些工具,对一个实际工程结构进行了静力弹塑性分析和动力弹塑性时程分析,表明这些分析模型可以较好地模拟实际工程结构中的各种弹塑性行为,供科研和工程人员参考.     

支管轴力和弯矩联合作用下T形圆钢管相贯节点热点应力分析与计算北大核心CSCD

支管荷载形式对节点的应力集中系数影响很大,利用ANSYS有限元程序模拟了T形圆钢管相贯节点在三种基本荷载(支管轴力、平面内弯矩以及平面外弯矩)单独作用下的热点应力分布曲线以及应力集中系数,分析结果与试验结果、文献公式计算结果进行了对比,结果吻合良好,表明该模型较为精确地模拟了T形节点的应力分布。进而利用该模型研究了T形圆钢管相贯节点在基本荷载及其不同联合荷载作用时的热点应力分布情况,获得了最大热点应力及其分布位置,分析同时考虑了无量纲几何参数对最大热点应力的影响。在API规范公式的基础上,提出了计算最大热点应力的修正公式,按修正计算式计算得到的值与有限元分析结果吻合良好,且具有较好的适用性。     

轮扣式钢管支架节点插头抗拔脱性能分析

为研究轮扣式钢管支架节点在实际使用过程中的连接可靠性,本文介绍了轮扣节点的构造特点、分析了节点简化模型在轴力和弯矩作用下插头的受力情况,并运用ansys模拟了极限拉应力和极限正弯矩作用下插头的反应,同时,设计试验测试了四种平面框架在单侧水平荷载作用下和反复水平荷载作用后插头的抗拔力。经过分析,发现不加设插销的轮扣节点插头抗拔性能满足正常使用要求,可以简化施工过程。得出了插头在各种受力过程中的反应,并可以采取构造措施提高节点连接安全性能。     

黄石奥体中心体育场铸钢节点受力性能试验研究

黄石奥体中心体育馆钢结构罩蓬采用了树状支撑铸钢节点,为考察其在最不利设计工况下的受力性能,对树状支撑铸钢节点进行了足尺试验研究和非线性有限元分析。试验结果表明,在1.3倍设计荷载工况作用下,节点处于弹性状态,卸载后没有明显残余变形。有限元分析结果与试验结果吻合良好,弹塑性有限元分析得到的铸钢节点极限承载力满足《铸钢节点应用技术规程》中的相关要求,该铸钢节点具有较高的强度储备。分析了轴力与弯矩共同作用下铸钢空心球节点的应力分布规律,可为铸钢空心球节点的设计提供参考。     

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。     

基于地层结构法的隧道衬砌结构受力数值分析

隧道衬砌的设计是隧道设计的重点,隧道衬砌的设计,不仅要保证其安全性外,还需更加经济。为保证隧道衬砌结构安全的前提下降低成本,结合算例,采用地层结构法,考虑荷载分配系数,计算衬砌结构的水平及竖向荷载。再结合ANSYS软件,进而分析出衬砌结构的位移、弯矩、轴力、剪力等力学特征参数。得到:围岩荷载作用下,隧道顶部及仰拱中部产生较大变形,其中隧道顶部位移最大;仰拱中部处弯矩最大,拱脚位置弯矩也较大。     

湖北省科技馆新馆长悬臂类斜拉桥结构体系复杂铸钢节点设计研究

湖北省科技馆新馆主体采用核心筒-钢桁架-预应力拉索结构,核心筒为整个结构的受力主体,在其内部设有36处复杂铸钢节点。针对铸钢节点相连杆件较多,节点区域内应力分布复杂,通过缩尺静力加载试验,研究铸钢节点受力性能。由于试验中测点数量有限及测点位置选取的局限性,很难仅通过试验全方位了解节点受力性能。本工程通过有限元模拟和试验结合对铸钢节点进行受力分析。结果表明,铸钢节点在设计荷载作用下安全且具有一定的安全储备。     

轴力和弯矩共同作用下焊接空心球节点承载力研究与实用计算方法

国家游泳中心“水立方”多面体空间刚架结构中 ,杆件除承受轴力外 ,还承受相当大的弯矩 ,但目前规范对焊接空心球节点在轴力和弯矩共同作用下的设计方法尚属空白。本文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的影响 ,建立了焊接空心球节点的有限元分析模型 ,对承受轴力、弯矩及两者共同作用的空心球节点进行了大量的非线性有限元分析。通过典型节点的试验研究 ,直观了解节点的受力性能和破坏机理 ,并验证了有限元模型的正确性。文中还推导了基于冲切面剪应力破坏模型的节点承载力的简化理论解。最后 ,综合简化理论解、有限元分析和试验研究的结果 ,提出了轴力和弯矩共同作用下的节点承载力实用计算方法 ,可供实际工程设计采用 ,也可供相关规程修订时参考