六杆四面体单元端板式节点受力性能研究

提出了一种可满足六杆四面体单元装配化施工要求的节点形式——端板式节点。即六杆四面体单元的弦杆与腹杆相贯焊接于端板，通过端板上的高强螺栓实现单元之间的连接。设计并制作了2个足尺节点模型，分别考察其在压弯和轴拉荷载作用下的受力性能，得到了端板节点的位移、应变发展特点及破坏形态。采用ABAQUS软件进行考虑接触非线性的有限元分析，得到了杆件、端板及高强螺栓的应力和变形。试验和有限元分析结果表明：在压弯荷载作用下，端板节点发生杆件屈曲和近节点域处鼓曲变形破坏，且杆件屈曲破坏先于节点域鼓曲破坏；节点域高应力区主要集中在三杆相贯焊接形成“谷底”处；高强螺栓在整个加载过程中最大应力约为其屈服应力的10%。轴拉荷载作用下，节点发生端板拉屈破坏；位于缺口两侧的高强螺栓发生拉弯变形，建议适当增设加劲肋和增加端板厚度，以提高端板刚度。通过数值计算得到的端板节点宏观变形、荷载-位移曲线及部分荷载-应变曲线均能与试验结果较好吻合，反映了数值分析模型的有效性与准确性。     

异形空心构件螺栓端板连接节点受力机理及性能研究

结合国外某火车站站房钢结构异形构件,采用有限元接触单元研究了十字形端板连接节点的受力特点。首先介绍节点在单向荷载作用下不同位置螺栓的受力情况,并通过改变节点构件的尺寸及螺栓预紧力研究节点不同的失效模式;其次考察节点在往复加载下的受力性能,研究立柱板件厚度、端板厚度及螺栓预紧力的影响。本文的计算结果指出该节点的设计应考虑各构件之间的强度匹配,以保证节点具有足够的承载力及优良的耗能能力。     

某特大简支梁桥墩身开裂的事故排查

桥梁裂缝严重影响结构安全性和耐久性,不符合"绿色建造"和"可持续发展"的相关理念。文章对某特大简支梁桥桥墩开裂现象进行事故排查,为裂缝修复工作提供依据,以促进桥梁施工各个环节的规范化。考虑支座中未拆除的临时连接螺栓对墩、梁的约束作用,首先以Abaqus分析未拆除的临时连接螺栓对支座水平剪切变形的约束作用,然后以Midas计算了3种最不利工况下桥墩墩顶处的支座反力,最后以ANSYS分析3种最不利荷载组合时墩身应力。结果表明,即使按墩顶的4个纵向活动支座临时连接被同时破坏的最不利情况考虑,墩身在3种最不利工况下的最大主拉应力也仅为0.08MPa,远未达到C30混凝土的拉应力容许值0.73MPa。因此,架梁完成后未及时拆除支座临时连接的限位螺栓并不是导致该桥墩身开裂的主要原因,事故调查需从其他方面入手。但该疏忽会在桥墩中引起拉应力,应尽量避免,确保桥梁建造的各个环节更为规范。     

高强螺栓预紧力松弛对组合节点影响的研究分析

利用足尺寸钢管混凝土柱-钢梁组合节点构件静力试验和有限元仿真模拟,研究端板不同位置处高强螺栓预紧力松弛对组合结构线弹性转动刚度和螺栓应力的影响.研究结果表明:端板受拉区的高强螺栓预紧力松弛对组合结构线弹性刚度影响较大;考虑混凝土板组合作用后,不对称位置处的螺栓预紧力松弛对构件的扭转变形影响较小;随着螺栓预紧力的增大,垫圈位置会提前进入屈服破坏.     

铁路上承式连续钢桁梁桥病害分析

以湘黔线箭杆河大桥为例,利用空间梁单元建立全桥仿真模型计算桥梁各杆件在各种组合作用下的应力、变形及各个杆件在活载作用下的内力影响线;利用空间板壳单元建立全桥仿真模型模拟桥梁结构构造和局部缺陷,分析桥梁病害原因。同时,针对高强螺栓松动及其受力特点,在全桥中选取有代表性的节点,采用实体接触单元对其进行建模分析。针对不同计算目的采用不同的计算方法,亦可为同类研究提供借鉴。     

支座脱空对空心板静动力特性的影响分析

以某一装配式空心板结构为研究对象,建立ANSYS实体有限元模型并以支座的约束刚度为变量,分析了不同程度的支座脱空对结构支座反力、铰缝应力和自振特性的影响,研究了结构静动力特性的变化规律。研究结果表明:脱空程度越严重,邻近脱空支座附近的支座承受的荷载就越大,支座反力最大增幅为20.3%;铰缝的最大主拉应力出现在梁端侧,L-14号支座完全脱空后,6号铰缝下缘的最大主拉应力增加了16.5%;支座完全脱空后,结构的基频减幅不足0.1%,模态柔度差可明显地反映出支座脱空对桥梁结构整体动力性能的影响。     

自锚式悬索桥钢主梁主缆锚固结构力学性能分析与优化

自锚式悬索桥主缆直接锚固在主梁上,主缆的巨大拉力通过锚固区传递到主梁上,锚固区结构构造复杂,受力机理难以用常规的杆系模型进行分析,必须依靠板壳或实体模型进行。锚固区结构的受力受边界条件的影响较大,采用板壳和实体单元详细模拟了某自锚式悬索桥锚固区结构,讨论了合理的计算模型必须采用的主梁长度。计算了原设计方案中锚固结构的受力状况,并提出了优化方案;计算分析表明优化方案能使得锚固区结构传力顺畅并降低主要结构构件应力,可为同类桥梁参考使用。     

带填板的端板连接梁拼接节点抗弯性能有限元分析

目前装配式钢梁连接常采用高强螺栓端板连接形式，构件在工厂制作完成，加工精度高；构件运抵施工现场采用高强螺栓完成拼接，安装快捷方便；但在连接端板之间经常存在对接缝隙，工程中常采用填板弥补空隙。但目前相关规范中对于填板的厚度并无规定。为研究填板对于端板连接梁梁拼接节点抗弯刚度及抗弯承载力的影响，采用有限元软件ABAQUS建立了含有填板的端板连接节点实体单元模型，设置了结构各组件间复杂的接触关系，考虑了端板厚度及填板厚度的影响，研究了螺栓杆的拉力传递、中和轴位置的变化、填板的受力情况及端板受拉区的极限受力状态等工作机理。分析结果表明：当钢梁为H400×200×8×13,端板为-400×200×t_p1(t_p1=12～24 mm)时，随着填板厚度的增加，节点的初始抗弯刚度减小，当填板厚度在15 mm以内时，对节点抗弯承载力无明显影响。     

四角钢组合约束型防屈曲支撑的轴压试验研究

四角钢组合约束型防屈曲支撑具有轻量化及装配化等特点,其组成特点是采用高强度螺栓把4个外围约束角钢连接成整体,形成对内核构件的整体约束作用。该类防屈曲支撑受轴压荷载作用时,4个外围约束角钢之间以及内核与外围约束构件之间存在复杂的相互作用,外围约束构件受力状态复杂。文中进行了5根四角钢组合约束型防屈曲支撑在轴压循环荷载作用下的试验研究,考察其受力性能与破坏机理、轴压承载力与骨架曲线以及约束比参数对它们的影响。对试验试件建立精细化有限元模型（螺栓单元与接触单元）,模拟分析其加载过程的应力与变形发展历程。通过对比各试件的试验实测结果、理论计算结果与精细有限元模拟分析结果,表明有限元分析结果可偏于安全地预测试件的实际受力状态|如果计入内核端部附加偏心距的影响,理论设计公式可用于这类防屈曲构件的承载力设计,具有较高的可靠性。     

输电杆塔连接节点螺栓应力研究

研究了输电杆塔连接节点的螺栓强度问题。首先基于非线性有限元理论建立了输电塔线体系的力学模型和强风荷载作用下的运动方程;随后采用多节点实体单元建立了输电杆塔节点承载力的精细化有限元分析模型。在此基础上,建立了节点螺栓的预紧力计算方法和强度分析方法。以南方某输电线路为实际工程背景,研究强风作用下输电杆塔节点螺栓的服役强度,对比分析杆塔节点不同构件的应力状况。通过参数研究考察预紧力、摩擦系数以及螺栓直径等不同参数对其应力的影响特点。研究表明:强风荷载作用下节点螺栓承受很大应力,部分螺栓已经进入塑性阶段。螺栓预紧力和直径对其应力有很大的影响,而摩擦系数的影响则相对较小。     

受拉T形连接件高强螺栓受力性能研究

对钢结构梁柱高强螺栓连接节点的T形连接件的受拉螺栓性能进行研究。改变T形连接件端板翼缘厚度、螺栓位置、螺栓直径和强度等级,同时考虑螺栓接触力偏心,对高强螺栓连接T形连接件进行受拉试验,研究弯矩对螺栓受力性能的影响。试验结果表明:随着T形连接件端板翼缘厚度降低、螺栓直径和强度等级减小以及螺栓内、外翼缘长比值远离数值1,弯曲应力占螺栓截面最大拉应力的比值上升,截面弯矩不能被忽略。采用有限元软件进行分析,分析结果和试验结果吻合较好。弯矩作用形成的拉应力最大可达总拉应力的25%。采用最小二乘法进行拟合,简化受拉T形连接件模型,得到了螺栓的弯矩和撬力计算式,可为钢结构梁柱高强螺栓连接节点设计提供参考。     

方钢管混凝土柱穿心高强螺栓-端板节点性能研究

提出一种新型穿心高强螺栓-端板方钢管混凝土柱-钢梁节点,并对3个节点试件进行柱端加载的伪静力试验研究。利用三维实体单元,建立同时考虑几何、材料及接触等三重非线性的有限元模型,采用有限元程序ANSYS对节点进行单调荷载和循环荷载作用下的有限元分析。试验及有限元计算结果表明,节点具有很好的强度、刚度、延性和耗能能力。     

大偏心受拉锚固节点的试验研究与有限元分析

进行了单根预埋锚杆和大偏心锚固节点的受拉实验,采用有限元方法对锚固节点的受拉试验进行了数值模拟。通过实验和数值研究,初步了解了锚固节点板的应力分布、位移和受压区混凝土的应力分布等特点。     

双层刚性桁梁柔性拱极端温度效应分析

近年来,随着钢结构的不断发展,体系的不断复杂,温度效应对结构的影响已经不容忽视。但复杂结构研究较少,本文以珠海市某双层刚性桁架柔性拱桥为例,利用有限元模型Midas Civil 2012建立基于梁单元的全桥模型,通过对桁架的不同构件施加相应的极限温度,计算各构件的应力、支座反力,得出在极端温度作用下,竖杆与弦杆受力相反。极端最高温度作用下,边支座受压,中支座受拉;极端最低温度与其作用相反。掌握了桥梁最不利情况下的桁架应力,为后续类似桥梁温度研究工作发展提供参考。     

预应力混凝土起长悬臂梁节点区受力性能的探讨

预应力混凝土悬臂梁曲线式预应力筋锚固于悬臂梁与其下部构件的结合处,从而导致节点区的混凝土应力比较复杂.为了解该部位的应力分布,保证节点的抗裂性能及安全性能,作者对节点区建立实体模型,并模拟实际条件、施加约束和等效荷载,分别对各种不利因素进行了三维有限元应力分析,并根据分析结果进行设计.     

预应力混凝土超长悬臂梁节点区受力性能的探讨

预应力混凝土悬臂梁曲线式预应力筋锚固于悬臂梁与其下部构件的结合处,从而导致节点区的混凝土应力比较复杂。为了解该部位的应力分布,保证节点的抗裂性能及安全性能,作者对节点区建立实体模型,并模拟实际条件、施加约束和等效荷载,分别对各种不利因素进行了三维有限元应力分析,并根据分析结果进行设计。     

钢管柱-钢梁螺纹锚固单边螺栓端板连接受力性能

在钢管柱柱壁和内置H形钢翼缘上设置带有螺纹的螺栓孔,来替代传统梁柱端板连接中高强螺栓的螺母.将高强螺栓直接拧紧在螺纹孔上,可实现钢管柱-钢梁节点的单边连接,简化安装过程.采用有限元方法研究了带有内置H形钢的螺纹锚固单边螺栓端板连接钢管柱-钢梁节点的破坏模式和承载力,并分析了钢管柱柱壁厚度、内置加强H形钢翼缘厚度和高强螺栓直径对节点受力性能的影响.分析结果表明:内置H形钢翼缘板上螺栓孔内的螺纹增大了螺栓孔对高强螺栓的锚固,有效地避免节点发生螺栓拔出破坏;当螺纹所在钢板的厚度大于螺栓直径时,螺纹孔对高强螺栓能提供足够的锚固力,避免发生螺栓拔出破坏;节点破坏模式主要为钢梁端板破坏和高强螺栓破坏.     

自锁式高强螺栓T型件连接节点力学性能研究

为研究自锁式高强螺栓T型件连接节点受力性能,采用有限元分析软件ANSYS计算了14个T型件有限元计算模型,分析了T型件翼缘板厚度、螺栓中心至T型件腹板边缘距离、螺栓间距对T型件连接节点的抗拉承载能力及自锁式高强螺栓抗拉性能的影响。分析表明:自锁式高强螺栓破坏模式主要为外套管分肢发生挤压破坏,与高强螺栓存在一定区别。自锁式高强螺栓T型件连接节点破坏模式主要为翼缘板弯曲变形伴随螺栓外套管分肢挤压塑性弯折变形;自锁式高强螺栓外套管分肢挤压破坏。增加T型件翼缘板厚度可改善T型件连接节点抗拉承载力;随螺栓中心至T型件腹板边缘距离增大,自锁式高强螺栓的撬力和拉力随之增加,建议螺栓中心至T型件腹板边缘距离的取值不大于3d_0(d_0为螺栓孔直径)。自锁式高强螺栓与高强螺栓连接的T型件连接节点二者的抗拉承载力基本相同。     

一种新型装配式梁柱节点力学性能试验研究

为了研究装配式梁柱节点地震作用下的构件抗震性能,提出了一种新型装配式梁柱连接节点,选用牛腿柱与T型梁连接,通过螺栓穿过梁与柱的预留孔洞,将梁柱紧密连接,同时在外侧梁端利用助动器施加反复荷载,该节点具有较好的变形性能。本次试验分别做了2组装配式构件,连接件分别采用普通螺栓和高强螺栓,旨在对比不同螺栓强度情况下构件整体性能的变化,并对该节点进行了循环荷载滞回能力、承载力退化、节点核心区域应变分析,试验前使用有限元软件对2组试验的梁柱节点进行了数值模拟分析,对梁柱节点的变形以及应力变化等均进行了模拟分析。试验结果表明:梁柱节点的节点核心区发生了塑性破坏,高强螺栓的节点螺栓发生了部分弯曲变形,靠近节点区梁端混凝土被压碎;普通螺栓的节点中右侧从上至下第3根螺栓被拉断,其余螺栓均发生不同程度的拉伸和弯曲,靠近节点区梁端发生塑性破坏。其与数值模拟的破坏情况基本吻合。装配式梁柱节点在螺栓作为连接件情况下具有良好的抗震力学性能,高强螺栓的承载能力较大,普通螺栓的变形能力较大。本文所研究的内容可以为装配式梁柱节点的连接方式应用提供参考。     

装配式方钢管柱座节点竖向受力性能影响因素分析

基于装配式建筑采用的方钢管钢柱与板块连接节点即柱座节点的重要性,利用有限元分析软件ABAQUS建立该节点的数值模型,分析法兰板厚度、螺栓孔直径大小、高强螺栓预紧力和高强螺栓型号4个影响因素对柱座节点竖向荷载-位移曲线、钢柱法兰板螺栓孔壁应力、钢梁法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量的影响。由分析可知:法兰板厚度对柱座节点的竖向受力性能影响较大;螺栓孔直径大小对柱座节点的极限位移、延性系数和钢柱法兰板螺栓孔壁应力影响较大;高强螺栓预紧力对钢柱法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量影响较大;高强螺栓型号对柱座节点的屈服位移、屈服承载力、极限位移、延性系数、钢柱法兰板螺栓孔壁应力和高强螺栓滑移量均有较大的影响。