Y型圆钢管相贯节点轴向刚度计算模型

为获得Y型圆钢管相贯节点轴向刚度实用计算公式,基于环向模型和节点局部变形与轴向刚度的关系,建立了半圆拱模型,并导出了节点轴向刚度的理论公式;运用泰勒级数等数学手段,将理论公式中的复杂函数简化为能反映自变量间相互影响的指数函数与幂函数的乘积,并根据单参数分析结果忽略次要因素支主管壁厚比,获得了Y型节点刚度的简化计算式.研究结果表明:节点刚度与材料弹性模量、支主管平面内夹角正弦平方的倒数和主管直径成正比;支主管直径比和主管径厚比对节点刚度的影响较大;简化公式计算的刚度值与有限元计算结果和已有试验数据的相对误差基本小于8%.      

一种新型单层网壳节点的力学性能研究

针对空间网壳结构提出了一种适用于矩形杆件的新型焊接端板节点. 为研究该节点的力学性能,制作了一个1∶2的缩尺模型进行静载试验研究,试验得到了节点荷载-应变曲线、荷载-位移曲线及破坏模式,结果表明节点应力水平较低,构造合理;在对有限元分析结果进行验证之后,分析了节点变形、破坏形态、应力应变分布及传力机理随节点端板厚度t₂与杆件壁厚t₁之比、水平夹角α、平面外角度β的变化规律,分析结果表明,该节点形式有较高的承载能力,其中水平夹角α对节点极限承载力影响较大,且在60° 前后影响作用不同;最后,基于有限元分析结果提出了该类型节点的极限承载力计算公式,可供设计参考.      

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...     

混凝土对K型方钢管节点抗震性能的影响

为考察K型方钢管节点主管中填充混凝土对节点抗震性能的影响,对1个K型方钢管节点(空管节点)以及1个节点主管中填充混凝土的K型方钢管混凝土节点进行低周反复荷载试验,根据试验数据,对节点的破坏模式、滞回性能、承载力、延性、刚度和耗能能力进行对比分析。结果表明:K型方钢管节点主管中填充混凝土后,提高了节点的承载力、延性、刚度,但却降低了节点的耗能能力。     

梁柱T型钢连接节点有限元分析

采用通用有限元程序ANSYS,对T型钢连接节点进行了非线性分析,讨论了连接节点在各级荷载下的应力分布及发展情况,分析了节点各组成要素对节点受力性能的影响.分析结果表明:T型钢连接节点属于半刚性连接节点,具有良好的延性;柱翼缘厚度、T型钢翼缘厚度和梁截面高度对节点的极限承载力和初始刚度均有很大影响;为T型钢半刚性连接在工...     

后张预应力预制混凝土框架中节点的数值模拟

为了解决有限元研究中预制混凝土框架节点处新旧混凝土叠合层界面黏结与穿过叠合层钢筋难以模拟的问题,讨论了有限元软件ABAQUS中模拟新旧混凝土叠合层黏结性能的不同方法,引入叠合层的黏结滑移本构和钢筋的剪切-滑移模型相结合的本构关系,建立后张预应力预制混凝土框架中节点非线性有限元分析模型,计算结果与足尺模型的试验结果吻合较好,并在此基础上重点开展了轴压比、混凝土强度、预应力筋有效应力及筋黏结构造（全黏结、部分黏结和无黏结）等有限元参数分析. 分析结果表明:轴压比由0.2增加到0.4时,承载力提高了11%,由0.4增加到0.6时,承载力增加不明显;提高混凝土强度、增加有效预应力可显著提高承载力;预应力筋黏结构造对节点承载力影响不显著,增加无黏结长度,可一定程度延缓节点的屈服.      

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。     

格构式钢管混凝土风电塔架双拼节点性能研究

为了掌握钢管混凝土双肢拼接节点的破坏机理和力学性能,进行了6个钢管混凝土双肢拼接节点缩尺模型的静力试验研究,并在此基础上采用ABAQUS进行了有限元的非线性分析.通过塔柱径厚比、节点板厚度和有无加劲板3个参数的变化,对节点的破坏模式、节点板的等效应力等性能指标进行了分析.研究结果表明:无加劲板节点的破坏区在节点板上,加劲板节点的破坏是由于压杆失稳而引起;加劲板节点的承载力大于无加劲板节点,但对节点板的厚度、初始偏心和塔柱径厚比等因素的敏感度降低,无加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域和拉腹杆下方的区域;加劲板节点的节点板高应力区集中在节点板中段下部区域;如果腹杆不发生屈曲破坏,当塔柱径厚比27.4时,节点板厚度相同,塔柱径厚比增大,节点承载力下降,当27.4时,节点板厚度增加,节点承载力下降幅度减小;当节点板与塔柱壁厚比2时,节点承载力随着的增大而增加,当2时,塔柱壁厚增加,承载力增加幅度减小.      

埋入式H型钢桩-桥台节点受弯性能与承载力

为研究整体式桥台无缝桥中埋入式H型钢桩-桥台节点的受弯性能，通过建立节点的有限元模型，分析了桥台厚度、混凝土强度、钢桩朝向、埋深比、钢材强度和轴压比6个参数对节点受弯承载力和破坏模式的影响，并在此基础上，针对不同的破坏模式提出了节点受弯模型与承载力计算公式。研究结果表明:绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比小于2.0时发生桥台混凝土承压破坏，增大钢桩埋深比和混凝土强度等级可有效提高节点受弯承载力；绕钢桩强轴弯曲的节点在埋深比大于2.0时，或绕钢桩弱轴弯曲的节点在埋深比大于1.0时，发生钢桩屈服破坏，提高钢桩的钢材强度等级可提高节点受弯承载力；随着轴压比的增大，发生绕钢桩强轴屈服破坏的节点的受弯承载力明显降低，但轴压比对发生桥台混凝土承压破坏或冲切破坏的节点的受弯承载力的影响可以忽略；提出的节点受弯承载力计算方法能较为准确地预测不同破坏模式的埋入式H型钢桩-混凝土桥台节点的受弯承载力，计算值与有限元结果比值的均值和计算值与试验结果比值的均值为分别为0.981和0.941，因此，可用于该类型节点的受弯承载力计算和破坏模式分析；建议钢桩埋深不少于2.0倍桩宽与混凝土桥台厚度大于2.4倍桩宽，这样可有效避免桥台混凝土的承压破坏和桥台边缘混凝土的冲切破坏。      

圆钢管-横向板相贯连接节点轴向刚度研究

为了研究圆钢管-横向板相贯节点的轴向初始刚度,在分析传力方式和局部变形特点的基础上,建立了用于T形节点、十字形节点刚度计算的半圆拱模型、圆环模型,推导了节点刚度理论式.运用麦克劳林级数将理论式中的复杂函数简化为指数函数与幂函数的乘积,再考虑到板管厚度比的影响,利用多元回归分析技术,获得T、十字形节点的轴向初始刚度参数化计算式.研究结果表明:节点轴向初始刚度与弹性模量和主管直径成正比,与板管厚度比呈对数函数关系,与主管径厚比、宽径比(板宽与管直径比)呈相互影响的幂函数、指数函数关系;弯矩和剪力并不影响弹性受力状态下的节点轴向初始刚度,计算式所得初始刚度值与有限元结果的相对误差小于10%.     

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.     

装配式圆钢管约束混凝土柱的轴压性能

为了研究钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能,基于试验研究结果,对钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能进行了有限元分析. 首先通过有限元建立了现浇式和装配式圆钢管约束混凝土柱模型;然后从承载力-平均纵向应变关系曲线、钢管应力、钢筋应力和混凝土应力方面对比了现浇式与装配式柱的轴压性能;其次分析了装配式柱变形形态及受力机理;最后提出了装配式柱轴压承载力计算方法. 研究结果表明:与现浇式柱相比,装配式柱也具有良好的轴压性能和延性性能,钢管及钢套管对核心混凝土的约束作用更强,轴压承载力提高幅度为1.94%～6.17%;增加钢管厚度对提高装配式圆钢管约束混凝土柱轴压承载力最有效,提高幅度达59.15%,增加箍筋间距对其轴压承载力影响较小,减小幅度为2.91%;钢管纵向应力在靠近钢套管与钢管连接处较大,钢管环向应力在钢管通缝上、下附近区域较大,在钢套管装配处也较大;所提装配式柱轴压承载力公式计算值（N_uc）与有限元值（N_uf）、试验值（N_ut）的比值均值分别为0.964、1.014,方差分别为0.003 5、0.002 9.      

功能状态下无牙颌患者髁状突的应力分布研究

目的构建无牙颌包括下颌骨的颞下颌关节(TMJ)三维有限元模型;探讨戴用全口义齿无牙颌患者在牙尖交错位紧咬牙时颞下颌关节髁状突的应力分布特征。方法以活体人颅为标本,采用螺旋CT断层扫描技术,图像数字化处理等方法在计算机上构建模型,然后在载荷状态下,利用ANSYSV8.0软件进行运算分析。结果建立了无牙颌下颌骨和颞下颌关节三维有限元模型,并在此模型后牙相应位点加载、运算、分析显示:髁突近颈部应力力值明显大于近顶区;前、后斜面由外向内力值逐渐减小;外、内侧由前向后力值逐渐减小,前斜面、外侧上1/2(近髁突顶)区域压应力占主导地位,下1/2(近颈区)区域以拉应力为主,下外侧为主要应力集中区;后斜面及内侧上1/2以拉应力为主,下1/2以压应力为主。结论戴用息止间隙为2mm的全口义齿无牙颌患者,髁状突各区域拉、压应力并存,但每个区域应力分布特征及水平有较大差异;前斜面外侧即关节功能区应力水平明显高于其他区域,符合正常人TMJ功能的特点。     

竖向荷载下挤扩支盘桩数值模拟计算与分析

结合挤扩支盘桩和土体的实际参数,基于Marc有限元软件,采用六面体单元模拟挤扩支盘桩和桩周土体,建立了桩-土相互作用的三维空间模型,分析了竖向荷载作用下挤扩支盘桩和桩周土体的位移变化规律、桩身轴力传递规律及支盘端承力的变化规律,并与同直径等截面桩的极限承载力进行了对比.研究结果表明:在竖向荷载的作用下,桩顶的位移最大,离桩越远,土体的水平位移越小;桩身轴力在支盘处的变化较大,支盘承受了大部分荷载;各支盘端承力不能平均分配,应充分考虑各个支盘的位置和支盘端土体的力学特性,设计合理的支盘间距,才能最大限度地提高支盘桩的承载能力;挤扩支盘桩的极限承载力约为同直径等截面桩的2倍.     

钢-混凝土组合梁连接键优化布置研究

采用传递矩阵法,研究了组合梁连接键布置方式对组合梁工作性能的影响.首先以梁轴心受力和弯曲为例,介绍传递矩阵法的基本原理,然后根据组合梁的等曲率假设,推导组合梁的场传递矩阵和点传递矩阵,编制传递矩阵法计算组合梁的计算程序.最后通过算例研究,分析了3种连接键布置方式对组合梁工作性能的影响.计算结果表明,对组合梁进行连接键优...     

轴压作用下CFRP加固圆钢管短柱的静力承载力分析

为了研究轴压作用下碳纤维增强复合材料（carbon fibre-reinforced polymer,CFRP）加固圆形空心截面（circular hollow section,CHS）钢管短柱的极限承载力,对轴压作用下CFRP加固CHS钢管短柱进行了理论和数值分析. 理论分析中,利用等效截面法推导了两种不同粘贴方式（全环向粘贴以及环向和纵向交替粘贴）的CFRP加固圆钢管短柱在轴压作用下静力承载力的理论计算公式;数值分析中,将特征值屈曲与Riks法相结合建立了轴压作用下CFRP加固圆钢管短柱的非线性有限元分析模型. 对该模型中的环向和纵向CFRP进行应力分析后发现,环向CFRP处于拉伸状态,约束钢管的径向变形;纵向CFRP会承担轴压荷载中的部分压力,限制钢管的变形. 最后,将所建立的有限元分析模型结果和所推导的理论公式结果与已有文献的试验结果进行对比,发现三者之间的最大误差不超过2%,验证了建立的有限元模型和所推导的理论公式分析结果的准确性.      

钢-混凝土组合梁连接键优化布置研究

采用传递矩阵法,研究了组合梁连接键布置方式对组合梁工作性能的影响。首先以梁轴心受力和弯曲为例,介绍传递矩阵法的基本原理,然后根据组合梁的等曲率假设,推导组合梁的场传递矩阵和点传递矩阵,编制传递矩阵法计算组合梁的计算程序。最后通过算例研究,分析了3种连接键布置方式对组合梁工作性能的影响。计算结果表明,对组合梁进行连接键优化布置是可行的。     

矩形钢管高强混凝土框架抗震性能分析

为研究地震作用下矩形钢管高强混凝土框架的破坏机理和抗震性能,进行了单跨两层矩形钢管高强混凝土框架低周反复荷载试验和有限元分析. 考察结构试件在试验过程中塑性铰出现的位置、顺序及塑性发展程度,研究其破坏机制和破坏模式. 研究结构滞回曲线与骨架曲线,分析其承载能力、变形能力、耗能能力以及强度和刚度退化情况. 在此基础上,采用有限元软件Perform-3D对矩形钢管高强混凝土框架试件进行参数分析,研究了轴压比、钢材屈服强度及静力弹塑性分析水平侧向力加载模式等对结构抗震性能影响. 结果表明:矩形钢管高强混凝土框架试件呈梁铰破坏形态,并具有承载能力高、变形能力和耗能能力强的特点. 试件平均峰值荷载较屈服荷载提高了1.68倍;顶层和底层最大层间位移角分别为1/30和1/27,分别超过了规范规定限值的66.7%和85.2%. 延性系数分别超出了规定限值的58.5%和60.0%;轴压比对结构抗震性能影响显著. 当轴压比大于0.6时,结构承载能力与变形能力明显降低;水平侧向力加载模式对结构承载能力影响大. 均匀加载模式下结构承载能力最大,顶点加载模式下最小,倒三角形加载模式居于二者之间. 研究成果可为矩形钢管高强混凝土框架结构抗震设计提供参考.      

竖井井壁竖向附加力的理论计算方法

从弹性力学的空间轴对称问题出发,从理论上推导建立了竖井竖向附加力的应力表达式．分析该应力表达式可知,在竖向附加力作用下,井壁所受的径向、环向压应力值均为零,竖向附加力对井壁的作用主要体现为轴向压应力,且轴向应力在沿井壁厚度方向几乎无变化,因而可以将作用在井壁外侧的竖向附加力等效为作用在井壁横截面上的均布力．利用该应力表达式对某铁矿竖井井壁竖向附加力进行了计算,得到了井壁应力状况．