树状结构四分叉铸钢节点受力性能分析

结合某实际结构工程,对四分叉铸钢节点进行有限元分析。首先建立考虑管径、壁厚、倒角半径、分叉角度等因素影响的计算模型,然后应用ABAQUS计算节点在轴力、弯矩、剪力复合作用下的复杂应力、变形分布以及应力集中现象,分析节点应力分布特征及最大应力出现的位置,计算节点的承载能力以及安全储备,并对不同工况下节点受力性能进行对比分析,确定影响节点失效的主要因素。研究结果表明:工程中使用的节点在应力、变形、承载力等方面基本一致,极限荷载约为设计荷载的32倍,具有较大的安全储备;弯矩对节点最大应力值的影响显著,并且影响节点最大应力出现的位置。在实际应用中,尽量使节点受力以轴力为主,以提高结构可靠性。     

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。     

钻石鸟嘴式方管T形节点热点应力集中系数分析

钻石鸟嘴式节点是桁架式方管结构中一种新的焊接节点型式,本文基于疲劳性能研究的需要,应用有限元方法,分别分析了在支管受轴力和平面弯矩作用下这种T形节点的热点应力集中系数SCF,考察了节点无量纲几何参数β,2γ,τ对SCF的影响效应,并将这种新型节点的SCF与传统方管节点的SCF进行了比较.分析表明钻石鸟嘴式节点在支管轴力作用下,支管和主管的热点应力位置都出现在鞍点;在支管平面弯矩作用下,支管和主管的热点应力位置都出现在冠点;钻石鸟嘴式节点的热点应力集中系数显著低于传统方管节点,意味着前者比后者具有更好的疲劳强度.     

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。     

钢管混凝土T形相贯节点应力集中系数研究

通过对钢管混凝土T形相贯节点的试验和有限元分析,研究了在轴向荷载和平面内弯矩作用下节点的应力集中系数。结果表明：轴向荷载作用下钢管相贯节点的应力集中系数分布不均匀,而钢管混凝土相贯节点分布较均匀,主管内填混凝土有效降低了相贯节点的应力集中系数,同时也将热点的位置由鞍点变为冠点;平面内弯矩作用下钢管相贯节点主管的应力集中系数分布不均匀,而钢管混凝土相贯节点主管分布较均匀,主管内填混凝土有效降低了主管的应力集中系数,两者支管相差不大;主管轴力对节点的应力集中系数影响较大,进行轴向压力和平面内弯矩作用下节点的应力集中系数计算时,应考虑到主管轴压比的影响;现行规范对于钢管相贯节点应力集中系数的计算公式并不适用于钢管混凝土相贯节点。基于强度等效的原则,提出了改进的应力集中系数计算公式,计算结果和试验结果吻合较好。     

中空夹层圆钢管混凝土构件内外法兰连接 受弯性能分析

为研究中空夹层圆钢管混凝土内外法兰连接的受弯性能,用ABAQUS软件建立了该节点的力学模型,分析了中空夹层圆钢管混凝土内外法兰节点受弯时节点中和轴和旋转轴的位置,并分析了内外法兰错开间距、螺栓预紧力、空心率、法兰板厚度、混凝土强度、螺栓内外边距比值等参数对节点极限承载力、最大螺栓拉力的影响。结果表明:节点的中和轴和旋转轴随弯矩变化,在外法兰板底端最大螺栓屈服前,旋转轴位置大约为0.6R(R为外钢管半径),并且节点的中和轴和旋转轴不在同一截面; 外圈最大螺栓拉力随法兰板厚度、内外法兰错开间距、螺栓内外边距比值增大而减小,随空心率、螺栓预紧力增大而增大; 混凝土强度对最大螺栓拉力影响不大,可以不作为主要参数进行分析。     

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.     

树状结构二分叉铸钢节点抗弯极限承载力的几何影响因素及计算方法研究

用ANSYS有限元分析方法分析了树状结构二分叉铸钢节点在两类弯矩(节点核心区受压或受拉)分别作用下的几何因素对抗弯极限承载力的影响,并在此基础上拟合出该类节点抗弯极限承载力计算式。分析结果表明:在两类弯矩分别作用下,当节点几何尺寸相同时,节点抗弯极限承载力相差不大;主、分管之间夹角,主、分管之间倒角半径,分管之间外壁倒角半径,分管之间内壁倒角半径对节点抗弯极限承载力影响不大;主管径厚比对节点抗弯极限承载力影响较大;随分管与主管外径比增大,节点承载力近似线性增大;随分管与主管壁厚比的增大,节点抗弯极限承载力近似线性增大。     

平面内弯矩下Y型主方支圆钢管节点热点应力集中系数

文中采用有限元方法对平面内弯矩作用下的Y型主方支圆钢管节点进行数值分析,建立152个不同几何参数的Y型主方支圆钢管节点有限元模型,在模型中精确考虑主管和支管间焊缝的复杂几何形状。基于有限元分析结果,计算节点热点应力及热点应力集中系数,通过与文献试验结果的对比验证了数值分析结果的可靠性。对主、支管间焊缝的热点应力集中系数分布进行分析,结果表明, 不同几何构型节点热点应力集中系数的分布形式基本相同,热点应力集中系数在?=0°（冠趾）、?=135°及?=180°（冠根）等关键位置达到最大值。讨论几何参数对关键位置热点应力集中系数的影响,并通过回归分析建立计算Y型主方支圆钢管节点关键位置热点应力集中系数的经验公式。经验公式结果与有限元分析结果吻合度较高,用经验公式计算Y型主方支圆钢管节点关键位置热点应力集中系数具有较高的准确性。     

螺栓球加工精度对网格结构受力性能的影响

以太原机场新航站楼屋盖钢结构为工程背景,对螺栓球节点的屋面网格结构在螺栓孔空间角度存在不同加工误差的情况采用管结构计算机辅助设计与制造系统软件STCAD进行分析,并将各种情况下结构杆件的轴力、剪力、弯矩及应力比进行对比,归纳出螺栓球加工误差对螺栓球节点网格结构的影响规律。     

上海地区不同强度参数对基坑围护结构变形和内力的影响

为研究上海地区不同强度参数对基坑围护结构变形和内力的影响,在ABAQUS中建立平面竖向弹性地基梁法模型,根据上海地区4种典型基坑概化模型和上海195个工程勘察报告和文献试验数据统计的典型土层强度参数,研究了每类基坑概化模型中不同强度参数对围护结构的最大水土压力、变形(最大位移)、内力(最大剪力、最大弯矩)以及支撑轴力的影响。结果表明:采用三轴固结不排水(CU)有效应力强度参数得到的围护结构变形和内力结果最小; 采用十字板不排水抗剪强度计算的结果相比有效应力强度参数结果无明显规律; 直剪固结快剪和CU总应力强度参数计算得到的结果较为接近,相比于有效应力强度参数结果,最大位移增量约为6%,最大水土压力增量为4%～5%,最大弯矩和剪力增量为7%～8%; 总体来看,目前上海基坑规范采用固结快剪总应力强度参数进行围护结构设计相比采用有效应力强度参数偏安全。     

盾构隧道施工对已建平行隧道变形和附加内力的影响研究

以盾构隧道装配式衬砌结构为研究对象,引入各向刚度不等的连续材料模型,按变形等效原则对不连续的隧道结构横向和纵向的刚度分别进行了等效折减,采用室内相似模型试验和三维有限元数值分析相结合的手段,以广州地铁三号线大沥区间盾构隧道工程为背景,对新建隧道施工所引起的已建平行隧道纵向变位、纵向附加轴力和弯矩、横向变形、横向附加轴力和弯矩进行深入研究,探讨和揭示围岩条件,隧道净距,顶推力等因素对已建平行隧道的变形和附加内力分布变化规律的影响.研究结果表明,新建盾构隧道施工所引起的已建隧道的影响主要集中于邻近新建隧道侧的拱腰附近,在软弱地层保持一定的隧道净距是必要的,盾构顶推力需控制在一定范围内,具体视围岩、净距以及可能造成的位移、相对变形和附加内力情况而定.     

拼装方式对大断面越江电力盾构隧道 结构内力的影响

针对大断面电力盾构隧道穿越长江时管片拼装方式对隧道结构内力影响显著的问题,以苏通GIL综合管廊工程盾构隧道衬砌结构为研究对象,利用梁-弹簧模型模拟管片结构,采用荷载-结构模型计算管片结构荷载,对不同拼装方式下衬砌结构力学行为进行研究,分析了拼装方式对输电盾构隧道结构内力的影响效应。结果表明:错缝拼装控制管片结构内力,通缝拼装控制管片变形量; 通缝拼装的受力性能要优于错缝拼装,但通缝拼装的变形更大,在施工时要根据使用要求进行选择,同时管片结构力学行为在不同拼装方式下是不同的,与封顶块的位置、错缝角度、目标环的环向和纵向接头的位置有关; 拼装方式对管片最大变形量、最大正弯矩、最大负弯矩影响较大,对管片最大轴力影响较小; 在错缝拼装时,尽量避免错缝角度为180°,最理想的错缝角度在32.7°～81.8°之间; 所得结论可为输电盾构隧道管片拼装方式的选择提供借鉴和参考。     

支撑位置对基坑整体稳定性的影响

基坑稳定性是岩土工程中的主要研究内容之一，随着高层建筑的增多及城市地铁的不断兴建，对基坑工程的要求越来越高。在基坑施工中由于环境条件或施工等因素的影响，需要调整支撑的位置，以深基坑工程为研究对象，借助弹塑性有限元分析软件，重点研究支撑位置的变化对整个支护体系内力和变形的影响规律，具体分析支撑位置的选取与支护体系内力和变形的关系。     

求超静定结构影响线方程的新方法

直接利用解常载作用下超静定结构的位移法,将转角位移的固端弯矩和未知节点位移作为移动载荷在位置的函数。由平衡条件建立各杆端弯矩的影响线方程或杆端剪力影响线方程,再利用迭加原理求得其他量值的影响线方程。该法通俗易懂,对有侧移无侧移结构均适用,且也可用来求桁架、多跨静定梁和多跨多层静定刚架各量值的影响线。     

武汉长江隧道管片衬砌结构受幅宽影响的力学分布特征研究

 以武汉长江盾构隧道为工程背景,通过引入管片接头的弯矩–轴力–转角非线性曲线参数的三维壳–非线性弹簧计算模型对幅宽为1～10 m的管片衬砌结构的三维力学分布特征进行系统研究,并与传统梁–非线性弹簧模型的内力结果进行比较,得出管片衬砌结构受管片幅宽影响的内力分布规律。最后通过大比尺相似结构模型试验对计算成果进行验证。研究结果表明：三维管片衬砌结构的最大正、负弯矩一般发生于幅宽边缘部位;就幅宽边缘的最大弯矩而言,在偏安全地假定环间剪切刚度无穷大的情况下,梁–弹簧模型的最大值和三维结构最大值基本相等,表明采用梁–弹簧模型的计算结果用于结构分析是可以确保安全的;就幅宽中央的最大弯矩而言,梁–弹簧模型的最大值比三维结构相应结果明显偏大,说明采用梁–弹簧模型计算结果进行管片配筋会使幅宽中部区域结构配筋率偏大,造成不必要浪费;大幅宽管片的环间接头径向剪力值比梁–弹簧模型的计算结果小,并且幅宽越大两者差值越大。该研究成果对于类似大型越江和海底盾构隧道优化管片结构配筋和分析管片结构安全具有重要的参考价值。     

盾构隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

经与离心试验结果对比分析,验证了应用数值模拟研究盾构隧道开挖对邻近桩基影响是可靠的。通过采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立三维有限元数值模型,研究软土地区盾构隧道开挖对邻近桩基的影响规律。数值模拟结果表明,开挖导致群桩中前排桩变形及内力均大于后排桩,且同排桩水平位移、弯矩和轴力沿桩身分布几乎重合;与同位置单桩相比,群桩中各桩水平位移稍大,而沉降则更小;前排桩最大弯矩与同位置单桩相差不大,而后排桩最大弯矩稍大于同位置单桩,前、后排桩最大轴力均大于同位置单桩。     

天津滨海Z2号线盾构隧道接头螺栓比选及抗弯刚度研究

针对不同形式螺栓接头,充分考虑复杂接缝间的不连续性及接头预紧力,以天津滨海Z2号线盾构隧道管片纵缝为研究对象,分析比较了直螺栓、斜螺栓和弯螺栓三种接头在不同弯矩和轴力条件下对管片接缝力学性能的影响。根据分析结果给出了三种螺栓接头的适用性,以及三种螺栓接头在不同埋深、弯矩作用下的抗弯刚度建议值。研究结果表明:螺栓形式对螺栓最大受力位置影响很小;螺栓拉应力和接缝张开量随轴力的增大而减小,但接头抗弯刚度均随之增大;螺栓拉应力、接缝错台量和张开量随弯矩的提升而增大,但接头抗弯刚度随之减小。     

带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层位移和衬砌应力分析

 盾构隧道施工引起的环境土工效应分析一直是城市轨道交通安全控制的关键课题。由于目前该领域较少考虑隧道衬砌与土体相互作用带来的影响,尤其是较少针对衬砌应力进行分析,由此提出带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层变形计算方法;同时考虑地层与衬砌之间的非对称收敛协调变形模式,建立带衬砌隧道开挖的Airy应力函数解析解答。通过实例研究,得到带衬砌隧道非对称变形模式下的地层沉降和水平位移曲线,并与实测数据进行对比验证;通过参数分析,获取土体和衬砌的材料特性、隧道几何特性以及隧道埋深等主要参数对浅埋隧道开挖地层变形和衬砌应力的影响规律。结果表明：非对称收敛变形模式对地层位移的影响明显,在此条件下得到的沉降槽和水平位移曲线与实测值吻合较好,地表最大沉降值更接近于实际;隧道半径或土层硬度对土体沉降最大值有较大影响,减小半径和硬化土层对减少土体沉降量效果显著,而衬砌几何参数的改变对沉降量的影响不大;衬砌轴力和弯矩整体关于90°/270°轴即隧道竖轴线严格对称,其中轴力沿圆周呈倒“8”字分布,而弯矩随着k值的增大,沿圆周方向由“8”字形向“0”字形过渡,最大轴压力和最大负弯矩发生在拱腰位置,土体侧压力系数k的取值对衬砌轴力和弯矩的分布和大小影响明显。分析成果可为正确预估软土浅埋盾构开挖变形提供一定的理论依据。