PBL加劲型矩形钢管混凝土受拉节点热点应力集中系数计算方法

考虑了PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点支主管宽度比与厚度比和主管宽厚比,建立了热点应力集中系数有限元模型,计算了支主管节点热点应力集中系数;基于最小二乘法对计算结果进行拟合,给出不同几何参数下节点热点应力集中系数计算公式,对比了矩形钢管节点和PBL加劲型矩形钢管混凝土节点应力集中系数和荷载幅。计算结果表明:采用有限元模型计算的热点应力集中系数曲线与静力试验曲线基本一致,支主管交汇处各位置热点应力集中系数有限元计算结果与CIDECT规范公式计算结果平均比值分别为1.006、1.007、1.013、1.015和0.987,两者差值小于15%,因此,有限元模型可靠;PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点热点应力集中系数变化规律基本一致,随支主管宽度比呈抛物线变化,在0.6~0.8之间达到最大值,随主管宽厚比和支主管厚度比增大而增大,与CIDECT规范中矩形钢管节点计算结果一致;拟合得到的PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点应力集中系数公式计算结果与有限元计算结果的平均比值为1.011,均方差为0.222,变异系数为0.219,说明了拟合公式准确;采用应力集中系数计算公式,将PBL加劲型矩形钢管混凝土节点与矩形钢管节点进行对比,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点支管热点应力集中系数下降了68%以上,主管热点应力集中系数下降了61%以上,在2.0×106循环次数作用下,容许荷载幅提高到3倍以上。     

钢管混凝土KK型节点疲劳性能试验

为研究钢管混凝土KK(CFST-KK)型节点疲劳性能,开展了CFST-KK型节点模型疲劳试验,分析了CFST-KK型节点热点应力分布规律和疲劳性能演化过程;建立了CFST-KK型节点实体有限元模型,结合试验和有限元结果,分析了CFST-KK型节点与钢管混凝土K(CFST-K)型节点疲劳性能的差异性;研究了不同参数对KK型节点疲劳性能影响,探讨了适用于CFST-KK型节点疲劳寿命的评价方法。研究结果表明：采用二次外推方式计算的CFST-KK型节点,最大热点应力位于受拉支管相贯焊缝的主管侧冠点偏外鞍点15°处;计算CFST-KK型节点应力集中系数时,支管名义应力可仅考虑轴力和面内弯矩的影响而不考虑面外弯矩的影响,其应力集中系数为6.36,比CFST-K型节点大80.2%;CFST-KK型节点的疲劳裂纹萌生于最大热点应力处,在反复加载过程中裂纹沿焊趾根部向两侧与主管壁厚方向延伸,裂纹向外鞍点扩展的速度要略快于向内鞍点扩展的速度,停止反复加载后裂纹并未贯穿主管管壁;受支管面外弯矩与支管间空间效应的影响,CFST-KK型节点的抗疲劳性能与CFST-K型节点有明显差异;主管内填混凝土能提升CFST...     

中等跨径装配式矩形钢管混凝土组合桁梁桥设计

优化了传统混凝土箱梁腹板与底板,提出了装配式桥梁新型结构形式——矩形钢管混凝土组合桁梁桥,从总体设计、主桁选型、横断面选型、桥面板选型、杆件选型、节点选型与连接构造方面介绍了其结构设计优化过程;从桥梁的静力性能与地震响应、桥面板的有效宽度与负弯矩区力学性能方面对矩形钢管混凝土组合桁梁桥进行了有限元分析,并将部分组合技术应用到负弯矩区桥面板连接件的设计中;从技术性与经济性角度将矩形钢管混凝土组合桁梁桥与预应力混凝土箱梁桥进行了工程量和施工便捷性对比。研究结果表明:矩形钢管混凝土组合桁梁桥结构选型符合桥梁预制装配、快速建造的工业化要求,主桁各杆件受力明确,受力形态主要为轴向拉、压力;负弯矩区桥面板有效宽度系数为0.899;采用部分组合技术可使桥面板轴向拉力下降75.3%,有效地提高了桥面板的抗裂性能;矩形钢管混凝土组合桁梁桥初始输入地震力占同等跨度预应力混凝土箱梁桥的58.9%,说明矩形钢管混凝土组合桁梁桥具有良好的抗震性能;钢材用量、混凝土用量、上部结构质量与预应力混凝土箱梁桥的比值分别为1.241、0.485、0.575,说明矩形钢管混凝土组合桁梁桥结构轻巧,材料利用率高,工程造价低,具有经济优势。     

矩形钢管混凝土桁架Y型受拉节点受力性能分析

以某矩形钢管混凝土桁梁桥为例,将K型节点分解为Y型受拉节点和Y型受压节点,从最基本的Y型受拉节点着手,建立非线性有限元分析模型,分析弦管内填混凝土、设置PBL加劲肋等参数对节点变形、破坏形式及应力分布等的影响。结果表明:内填混凝土能够提高节点抵抗变形能力,降低节点的应力水平,但易出现钢管与混凝土脱粘现象;设置PBL加劲肋后可有效增加钢管与混凝土界面的黏结力,阻止界面脱粘,显著提高节点抵抗变形能力,明显降低节点的应力水平,有效提高节点的极限承载力和节点刚度。     

整体吊装钢管混凝土拱桥系杆设计

钢管混凝土系杆劲性骨架整体吊装施工具有施工工期短、简单易行、安全可靠等优点。以一座跨运河整体吊装钢管混凝土系杆拱桥作为工程背景,利用有限元软件建立计算模型,针对钢管混凝土系杆拱桥在整体吊装施工中结构受力的特点,考虑拱梁刚度比对结构在施工过程中的影响,对在整体吊装过程中各构件的应力与角钢系杆与拱肋的刚度比之间的规律进行了研究分析,探讨了相对较优的角钢系杆与拱肋的刚度比取值范围,为类似工程的设计提供参考。     

模拟轮载作用下钢桥面板RD节点疲劳寿命计算方法对比分析

为深入研究RD(rib-deck)节点的疲劳性能，通过模拟车轮荷载对RD节点实施中心加载，得到了相应热点应力幅下的节点疲劳寿命。采用ABAQUS建立了钢桥面板RD节点的三维实体有限元模型，在有效数值模型的基础上，分别采用热点应力法和临界距离理论对RD节点的疲劳寿命进行了对比分析。研究结果表明：同一精度网格下采用两点外推法和三点外推法得到的热点应力结果比较接近，而采用临界距离理论的点法得到的特征应力则小于线法得到的特征应力；采用国际焊接协会（IIW）推荐的FAT 90曲线得到的评估结果过于保守，而FAT 125曲线的预测结果相对接近试验值。临界距离理论相比热点应力法能得到更准确的预测结果，其中点法和线法得到的预测值与试验值分别相差17%、32%；总体而言，热点应力法和临界距离理论均能得到相对保守的疲劳寿命预测结果，两种方法用于钢桥面板典型焊接节点的疲劳性能评估是可行且偏于安全的，但点法的预测精度更高，且实际应用中也较为便捷。     

钢-混凝土组合桁梁节点静载力学性能试验研究

钢-混凝土组合桁梁桥节点的力学性能研究和优化设计是组合桁梁桥设计的关键,以某高速铁路桥下承式组合桁梁上节点为原型,设计制作了1∶2节点缩尺模型,对节点进行静力特性试验和有限元分析,研究钢-混凝土组合桁梁桥节点的静力力学性能.对组合节点的荷载-位移曲线、应变发展规律、极限承载力以及节点的破坏模式进行研究.研究表明:该类型组合节点具有刚度大、承载力高以及传力明确等特点,组合节点满足设计要求;节点薄弱区位于弦杆与拉压腹杆相交焊缝区域;节点破坏模式为杆件相交处开裂破坏及拉压腹杆屈曲.     

铁路货车焊缝疲劳数据可视化系统开发与应用

为了解决目前铁路货车焊缝疲劳数据管理效率低,难以满足产品快速抗疲劳设计需求的问题,研究并开发了集三维可视化模型,焊缝疲劳计算,虚拟疲劳、试验测试的焊缝疲劳评估数据管理于一体的三维可视化系统.为了实现该系统,提出了基于场景图的CAD/CAE可视化模型装配树;研究并嵌套了试验测试等效应力幅焊缝疲劳评估算法;提出了基于面向焊缝对象的可视化方法、MVC模式数据映射技术,建立了主S-N曲线法、IIW名义应力法、等效应力幅法焊缝疲劳评估数据与焊缝模型的双向映射.最后以C70E车体焊缝疲劳设计作为实例,证明了该软件系统的有效性及实用性.     

波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁桥疲劳性能

为研究波形钢腹板-钢管混凝土桁式弦杆组合梁的热点应力分布规律、疲劳性能演化和疲劳破坏形式，开展了波形钢腹板-钢管混凝土(CSW-CFST)桁式弦杆组合梁和波形钢腹板-钢管(CSW-ST)桁式弦杆组合梁疲劳性能试验和有限元分析；研究了CSW-CFST和CSW-ST桁式弦杆组合梁疲劳性能的异同，分析了弦杆内混凝土改善组合梁疲劳性能的本质原因，探讨了CSW-CFST桁式弦杆组合梁疲劳寿命的评价方法，并将采用美国石油协会(API)、国际管结构发展与研究委员会(CIDECT)和挪威船级社(DNV)设计标准所得CSW-CFST桁式弦杆组合的梁疲劳寿命分别与试验结果进行了对比。研究结果表明:采用线性外推方式得到的CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力为二次外推方式所得的1.036倍，偏安全角度考虑，CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力宜采用线性外推求解；组合梁斜腹板段热点应力明显大于直腹板段，最大热点应力出现在斜腹板与圆弧过渡段相交处，相较于CSW-ST桁式弦杆组合梁，弦杆内混凝土能使CSW-CFST桁式弦杆组合梁热点应力下降26.8%，但热点应力分布规律不变；建议将疲劳裂缝萌生时刻对应的反复加载次数定义为CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命；弦杆内混凝土能够延缓疲劳裂缝沿壁厚和长度方向的扩展速度，可使CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命提高61.5%，但不改变组合梁的疲劳破坏模式和疲劳裂缝类型；采用DNV所得CSW-CFST桁式弦杆组合的梁疲劳寿命与试验结果间的误差最小，不超过26.4%，建议采用DNV给出的钢管相贯节点疲劳设计应力(S)-疲劳寿命(N)曲线初步计算CSW-CFST桁式弦杆组合梁的疲劳寿命。      

基于三维有限元支座布置对连续箱梁受力的影响分析

箱梁结构形式多样、边界条件复杂,采用杆系模型难以准确计算各种因素对箱梁受力的影响。通过三维有限元模型,开展了不同支座布置对连续箱梁横向正应力及纵向正应力影响的研究。结果表明,单支座及双支座的不同布置形式对横向正应力及纵向正应力均有较大的影响,按照杆系单元对箱梁结构进行设计偏不安全,尤其在单支座情况下更为不利。     

海洋平台KK型管节点的疲劳性能试验研究

以某自升式海洋平台为研究对象,进行了空间KK型管节点在轴力作用下的疲劳性能的试验研究.通过对管节点模型的试验测试,得到了KK节点在轴力作用下沿着焊缝周围的热应力区内的热点应力分布及节点的应力集中系数,并采用S-N曲线法对KK型管节点的疲劳寿命进行估算.通过对比分析,指出了试验方法与规范计算方法在管节点疲劳性能分析上的差异性.     

Analysis and calculation of axial stiffness of tubular X-joints under compression on braces

This paper introduces the influence factors of axial stiffness of tubular X-joints. The analysis model of tubular joints using plate and shell finite element method is also made. Systematic single-parameter analysis of tubular X-joints is performed using Ansys program. The influences of those factors, including ratio of brace diameter to chord diameter (β), ratio of chord diameter to twice chord thickness (γ), ratio of brace wall thickness to that of chord (τ), brace-to-chord intersection angle (θ), and chord stress ratio, ratio of another brace diameter to chord diameter, in-plane and out-of-plane moment of braces, etc., on stiffness of tubular X-joints are analyzed.Two non-dimensional parameters-joint axial stiffness factor ηN and axial force capacity factor ωN are proposed,and the relationship curve of the two factors is determined. Computational formulas of tubular X-joint axial stiffness are obtained by multi-element regression technology. The formulas can be used in design and analysis of steel tubular structures.     

环口板加固T型方钢管节点滞回性能的试验研究

为了评价加固后空心钢管结构中焊接管节点的抗震性能,实验研究了环口板加固T型方钢管节点的滞回性能.对2个环口板加固T型方钢管节点和2个对应的未加固节点试件进行了轴向反复荷载作用下的拟静力滞回性能试验.试验测试结果表明:采用环口板加固的T型节点,可以将破坏发生的部位由未加固节点的主支管焊趾处转移到加固节点的环口板与主管表面焊缝处;环口板加固后的节点滞回曲线更加饱满,具有更好的抗震性能;加固后T节点的延性系数比未加固节点的延性系数明显增加,两组加固后的T节点分别提高了:受压阶段34%、100%;受拉阶段33%、145%.      

4D轴货车焊接构架的疲劳强度分析方法

以某货车厂研制的新型4D轴货车焊接整体构架为研究对象,在ANSYS9.0有限元软件中建立完整的构架三维模型,根据UIC510-3规程,分析计算构架的应力分布情况、评估其疲劳强度,得出疲劳薄弱区.采用子模型技术,对疲劳薄弱区的焊接细节结构进行热点应力分析,进一步评价构架的疲劳强度.通过动应力实测编制疲劳薄弱区的应力谱,由S-N曲线和Miner累积损伤法则,预测构架的疲劳寿命.     

基于桁梁实桥试验的钢管混凝土界面传力机制

为分析钢管混凝土桁梁桥的承载性能和钢-混凝土组合作用机理,进行了桁梁上、下弦钢管混凝土界面传力行为实桥试验和全桥板壳-实体有限元参数分析;以主跨71 m的简支半穿式钢桁梁桥为依托,沿其上、下弦杆节间长度范围内共布设102个应变测点,测试并分析了加载车作用下钢管轴向应变分布和钢-混凝土界面传力特征;采用ABAQUS软件建立了试验桥板壳-实体有限元模型,经实测挠度与应变数据验证模型的可靠性后,进行了界面连接状态、界面抗剪刚度、钢管厚度、管内混凝土强度等对钢管混凝土界面传力性能的参数影响分析。分析结果表明:钢管轴向应变分布规律可反映钢管混凝土界面传力的基本特征;钢管混凝土桁架上、下弦杆节点区域均出现界面剪力不均匀分布现象,钢-混凝土界面有效传力范围内钢管轴向应变呈负指数函数分布,其他区域钢管轴向应变保持不变;完全脱黏的钢管混凝土桁架弦杆的钢管轴向应变在节点一定范围内呈二次抛物线函数分布;钢管轴向应变因界面连接状态所表现出的不同应变分布规律和剪力传递长度可用于评价钢管混凝土组合作用强弱和界面工作状态;桁架弦杆的剪力传递长度随钢管厚度和管内混凝土强度的增加而增大,钢管厚度的影响更显著;在钢管混凝土桁架弦杆内设置抗剪连接件可缩短剪力传递长度。      

框架式钢管混凝土桥墩非线性地震反应分析

以框架式钢管混凝土桥墩及钢筋混凝土空心薄壁墩为研究对象,采用纤维单元建立了框架式钢管混凝土桥墩及钢筋混凝土空心薄壁墩的非线性动力分析模型,输入3条地震波,计算得到了框架式钢管混凝土桥墩与钢筋混凝土空心薄壁墩的线性及非线性地震时程响应,比较了不同类型桥墩地震响应的差异,讨论了框架式钢管混凝土桥墩的地震反应特点。     

高速铁路简支箱梁的温差控制

针对高速铁路简支箱梁施工过程因混凝土内外温差过大出现温度裂缝的问题,提出了箱梁预应力孔道通水和内腔通风的温差控制措施.确定了混凝土温度应力场仿真参数的取值,并通过温度场仿真结果与试验结果的对比,验证了参数取值的准确性.对自然养护状态下和温度控制措施下简支箱梁温度应力场进行仿真分析的结果表明：通过温差控制措施,简支箱梁混凝土的最大压应力由支点截面段的2.77 MPa降至跨中截面段的2.21 MPa,最大拉应力由支点截面段的1.255 MPa降至跨中截面段的1.00 MPa,从而有效控制温度裂缝的产生.我国规范规定的15℃的温差限值显得过于严格,可放宽至20℃.     

支主管夹角对X形圆钢管节点轴向传力的影响

为了研究支主管夹角对X形圆钢管相贯节点轴向受力性能的影响，进行相关试验来校验有限元模型，以有限元为手段分析了支主管夹角对X形节点在支管轴力作用下的传力特性和承载力的影响；根据有限元参数分析结果，对支主管夹角较小的节点的承载力提出了改进建议. 研究结果表明:节点试件的破坏模式为相贯线附近主管管壁局部屈曲；当支主管非正交但夹角大于60° 时，节点的传力特性与支主管正交节点的相近，符合Togo模型的假定，现行规范中的夹角正弦的倒数项能精准地反映夹角对节点承载力的影响；但当节点的支主管夹角小于45° 时，其传力特性与Togo模型的假定有较大的差异，夹角正弦的倒数也低估了支主管夹角对节点承载力的提高，对于夹角接近30° 的节点甚至低估了30%；因此建议当夹角小于45° 时，在规范已有的节点承载力计算式的基础上乘以修正系数.      

基于热点应力法的正交异性钢桥面板疲劳验算

为了解决正交异性钢桥面板的疲劳开裂问题,提出将热点应力法应用于其疲劳验算.该方法采用ANSYS子模型模块,通过国际焊接协会的线性外推方法,计算获得验算部位的热点应力.基于热点应力法给出正交异性钢桥面板的疲劳验算流程,对验算涉及的问题结合甬江桥实例进行了探讨.研究结果表明:与名义应力法相比,热点应力法可以反应正交异性钢桥面板疲劳开裂的实质;利用热点应力法对甬江桥正交异性钢桥面板加劲肋与横隔板连接部位的加劲肋进行疲劳验算,得出该构造细节的疲劳寿命为73 a.