钢管混凝土风电塔架插板式节点的力学行为分析

为了掌握格构式钢管混凝土风电塔架插板式节点的受力性能，进行了4个插板式节点缩尺模型的静力试验，并在此基础上采用ABAQUS进行参数扩展的有限元非线性分析；通过节点板厚度和球柱高度的变化，对节点的节点板等效应力分布、锥台区等效应力分布等性能指标进行了分析. 研究结果表明:插板式节点的破坏形态可分为节点板屈曲破坏模式、包裹体滑移破坏模式和球柱剪切破坏模式，分别取决于节点板厚度、包裹体握裹力和球柱高度；节点板为节点的薄弱部位，随着节点板厚度和球柱高度的变化，其高应力区均集中在节点板下部与球柱相交处；假定腹杆不发生屈曲破坏，在球柱高度相同时，当节点板厚度n ≤ 12 mm时，节点承载力随着n的增大而增加，当n > 12 mm时，随着n的增大，节点承载力增长幅度明显放缓；在节点板厚度相同时，当球柱高度h ≤ 90 mm时，节点承载力随着h的增大而增加，当h > 90 mm时，随着h的增大，节点承载力增长幅度明显放缓；此类节点在实际工程设计使用时节点板厚度n ≤ 12 mm较为合理、球柱高度h ≤ 90 mm较为合理.      

一种端板拼接钢梁节点受力性能分析

以高强螺栓外伸端板拼接梁节点为研究对象,采用有限元模拟计算得到了节点在单调加载下的剪力—滑移曲线和弯矩—转角曲线,呈现出节点连接的半刚性;分析了端板厚度、螺栓直径、加劲肋对节点受力性能的影响,得出结论:增加端板刚度及螺栓直径有利于节点承载力和变形能力的提高。     

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。     

钢管混凝土风电塔架球式节点的力学性能分析

为寻找更适合钢管混凝土格构式风电塔架的节点形式，开展了2个法兰盘球型分支节点和2个法兰盘螺栓球节点模型的静力试验，并对其进行有限元分析，以球台高度和厚度为变化参数，分别对比了2种节点的破坏模式、法兰盘等效应力分布、腹杆轴力-变形曲线等.研究结果表明：法兰盘球型分支节点的破坏模式为高强螺栓剪切破坏，法兰盘螺栓球节点的破坏模式为球台焊缝撕裂破坏和屈曲-撕裂破坏；与法兰盘球型分支节点相比，法兰盘螺栓球节点的法兰盘和球台的等效应力分布均匀，材料利用率较高，其最大应力绝对值分别提高了19%、52%，承载能力较强；腹杆轴力-变形曲线的塑性阶段长，延性较好；对球台高度或厚度的变化反映在节点极限承载力上更敏感，有更高的极限承载力；法兰盘螺栓球节点有进一步推广应用的价值.     

火灾下外伸端板连接的局部屈曲

为深入揭示端板及加劲肋厚度对节点在火灾下失效模式的影响,采用弹塑性理论对端板承拉区的受力状态进行了分析,得到了形成2组及1组塑性铰的条件,并用非线性有限元分析方法进行了验证．研究表明,端板较薄时,随温度升高,将在其承拉区形成2组塑性铰,产生塑性弯曲大变形,导致梁的大转动和受压翼缘严重局部屈曲;端板较厚且加劲肋较薄时,将形成1组塑性铰,加劲肋屈曲导致节点失效．火灾下节点塑性铰形成的条件与常温下相同,但破坏方式更多地表现为严重的局部屈曲．因此,应适当增大端板及加劲肋厚度,以防止或减少局部屈曲的发生。提高节点的耐火极限．     

中、下承式拱桥悬吊桥面系强健性加固试验

为增强中、下承式拱桥悬吊桥面系的强健性,以无纵桥向加劲梁的中、下承式拱桥悬吊桥面系为研究对象,提出了一种采用钢管桁架加劲纵梁的悬吊桥面系强健性加固结构,对比分析了悬吊桥面系强健性加固前后吊杆断裂时剩余结构的动力响应;开展了钢管桁架加劲纵梁强健性加固结构模型试验和有限元分析,研究了吊杆断裂后加固结构的受力性能与破坏模式;讨论了精轧螺纹钢筋预紧力、开孔钢板厚度和材质对强健性加固结构受力性能的影响。研究结果表明:采用钢管桁架加劲纵梁加固悬吊桥面系后,长(短)吊杆断裂时桥面系最大竖向位移与应力分别降低了1.30(1.31)和3.31(1.99)倍,与断裂吊杆相邻的吊杆的最大索力降低了1.25(1.25)倍;在弹塑性阶段,钢管桁架加劲纵梁加固结构的开孔钢板发生弯曲变形,横梁下排植筋破坏,达到极限荷载时,中间下侧加劲钢板与开孔钢板间的焊缝发生断裂,随后下弦管与开孔钢板间的焊缝出现开裂而丧失承载能力;精扎螺纹钢筋合理预紧力为50 kN,开孔钢板合理厚度为20 mm;开孔钢板的材质从Q235提高至Q345时加固结构极限荷载增加了11.9%,说明提高开孔钢板的材质强度可有效提高加固构造的极限承载力。综上所述,采用钢管桁架加劲纵梁加固中、下承式拱桥悬吊桥面系可有效增强其强健性。      

钢框架梁柱端板连接腹板开孔型节点的受力特性

对梁柱端板连接标准型和腹板开孔型节点进行了非线性有限元分析,研究了腹板开孔参数对节点区应力分布、屈服时应力应变发展变化及节点的弹性极限承载力的影响,对不同开孔尺寸节点的力学性能进行了分析比较,探讨了端板厚度、螺栓、开孔参数对端板上应力分布的影响．结果表明,梁柱端板连接腹板开孔型节点的细部构造对其受力影响较大,采用合理的细部构造形式有利于降低应力集中．改善节点的应力分布,使之受力均匀合理．     

正交异性板桥面铺装受力影响因素分析

采用有限元方法,分析了正交异性板桥面铺装在结构和荷载因素变化时受力状态的变化规律;比较了有无纵隔板、桥面板厚度、加劲肋板厚度对受力的影响;分析了竖向、水平荷载对铺装层受力的影响。结果表明:有纵隔板时的横向拉应力为全桥面的铺装拉应力控制指标;增大桥面板厚度有利于减少桥面刚度不均,减小铺装层内的应力;加劲肋厚度的变化对加强结构刚度有利却对桥面铺装的受力不利;超载对应力状态极为不利,紧急制动产生的水平力会导致很大的纵向拉应力。     

弹性基底上受非均匀荷载加劲板的局部屈曲特性

针对弹性基底上板的局部稳定问题,应用能量法推导了非均匀荷载作用下矩形加劲板的局部屈曲非线性特征方程,建立了考虑弹性基底接触和纵向加劲肋作用的屈曲板迦辽金表达式;基于牛顿迭代法,建立了局部屈曲的非线性特征方程的增量迭代格式与屈曲荷载特征值的附加迭代方程。分析结果表明:屈曲系数计算结果与有限元分析结果误差小于2%,并且避免了有限元模拟的接触分析过程,计算效率较高;当荷载梯度为1时,设置加劲肋的偏心构件的局部稳定性明显增强,临界屈曲系数增加到51.1,是普通板件的2.5倍;加劲板件的纵向鼓曲波的长宽比约为0.6,鼓曲波纵向排列相对密集,而普通板件每个鼓曲波的长宽比约为1.0;在不增加加劲肋材料用量的前提下,设置纵向加劲肋的最优位置为距离板件受压侧边缘的2/5板宽处,临界屈曲系数增加为78.9,是普通板件的4倍;加劲肋的设置可将矩形钢管混凝土壁板的宽厚比增加到172,将界限值提高2倍以上。可见,在矩形钢管混凝土管壁设置纵向加劲肋能够有效提高偏压作用下管壁的局部稳定性,改善矩形钢管混凝土的截面尺寸。     

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。     

冷弯薄壁型钢钢板-螺栓梁柱节点的力学性能分析

为了观察不同梁、柱截面尺寸冷弯薄壁型钢钢板一螺栓节点静力性能的影响因素,采用AN—SYS软件对连接进行非线性有限元分析,研究3种梁柱腹板的节点螺栓间距、连接板厚度、腹板厚度和翼缘宽度等因素对其连接性能的影响．结果表明,梁柱腹板宽度、连接板厚度、梁柱腹板厚度是影响该连接节点静力性能的有效因素,而改变螺栓间距、梁柱翼缘宽度对节点的初始刚度和极限承载力的影响都不明显．给出了3种截面形式节点的设计建议,并对节点滞回性能进行了初步探讨,提出了滞回性能指标分析结论．     

独塔斜拉桥空间曲线钢塔柱结构性能分析

以某独塔斜拉桥的空间曲线塔为基础,利用Midas／Civil,建立空间杆系模型,进行全桥整体静力分析,确定钢塔柱、上下分肢局部以及索塔锚固区的5种最不利荷载工况,得出相应荷载和位移边界条件．再利用大型空间有限元分析软件ANSYS,建立钢塔柱三维实体模型,进行空间受力性能分析,明确钢塔柱和索塔锚固区钢板的受力性能．计算结果表明,钢塔柱的变形较小,钢塔柱、上下分肢局部及索塔锚固区的钢板应力水平均满足规范要求,结构的安全储备良好．这也说明采用双向分叉的空间曲线索塔的设计是较为合理的．     

钢管混凝土提篮拱面外受力性能试验

为探究非保向力效应对钢管混凝土提篮拱桥平面外稳定性能的影响,开展了钢管混凝土(CFST)提篮拱空间受力性能试验和有限元分析;基于某原型桥开展了考虑吊杆影响的钢管混凝土提篮拱空间受力性能试验,揭示了模型拱的破坏机理;基于试验结果和实际工程构造参数建立了钢管混凝土标准提篮拱桥有限元模型,通过是否建立杆系吊杆的方式分别考虑吊...     

腹板开洞钢-混凝土连续组合梁受剪性能试验研究

为研究腹板开洞连续组合梁的受剪性能,以配筋率和混凝土板厚为变量参数,对5根腹板开洞连续组合梁进行了两点单调对称集中加载试验,采用剪力分离方法对应变试验数据进行计算,得到组合梁钢梁和混凝土板承担的剪力.试验结果表明:腹板开洞不仅降低了连续组合梁的刚度和承载能力,而且引起洞口区域混凝土板和钢梁截面的竖向剪力重分布,剪力主要通过洞口上方的混凝土板来承担,占到总剪力的 85%~90%;洞口区域不再符合平截面假定,最终连续组合梁洞口发生剪切破坏,组合梁丧失承载能力;增加混凝土板厚度和截面配筋率可以提高连续组合梁的承载和变形能力,并可以用来进行洞口区域的补强.      

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。      

钢管混凝土柱徐变稳定性分析

为了探讨混凝土徐变对钢管混凝土柱轴向荷载作用下长期稳定性的影响,基于能量法和按照龄期调整的有效模量法,应用失稳准则,推导了考虑徐变和屈曲前变形的两端铰接、一端固定一端铰接和悬臂柱3种边界条件下的钢管混凝土柱长期稳定临界力计算公式,研究了该类柱徐变稳定临界力与核心混凝土强度的影响规律,并将规范取值与该临界力进行了对比. 研究结果表明:考虑徐变的钢管混凝土柱稳定临界力与徐变系数有关,相同计算长度但不同边界条件的该类柱徐变稳定临界力一致;核心混凝土强度的提高,会减小徐变对构件稳定临界力的影响;当按现行混凝土结构设计规范对核心混凝土强度等级低于C45的钢管混凝土柱进行设计时,应注意徐变失稳问题;钢管混凝土柱的徐变稳定承载力在前60 d下降明显且占总下降量约80%,在100 d后承载力逐渐趋于稳定.      

钢管混凝土斜柱转换结构模型振动台试验研究

为了研究某超高层建筑的抗震表现,对其进行了比例为1:35的模型振动台试验研究,该建筑塔楼的部分框架结构由两根钢管混凝土越层巨型框支柱支承,在结构7～11层设有钢管混凝土斜柱转换结构. 通过试验研究了缩比模型的破坏模式、自振周期、层间位移、扭转响应等动力响应;采用PERFORM-3D软件进行原结构弹塑性地震响应数值分析. 研究结果表明:由于结构布置的不对称性,结构整体扭转效应明显,塔楼部分的结构抗扭刚度不足;在台面加速度峰值接近罕遇地震工况的设定值470 cm/s2时,塔楼部分发生扭转破坏,此时除个别楼层外,各楼层的层间位移角仍满足弹塑性层间位移角限值1/100的要求;在所有工况下,转换区域未见破坏,钢管混凝土框支柱、斜柱的应变均处于弹性工作状态;数值分析结果和试验结果吻合良好.      

内置肋板补强圆形钢桥墩的抗震性能

采用MARC有限元程序,对内部加肋补强的圆形桥墩柱7个试件进行非线性数值分析.得到了在一定垂直荷载和水平往复荷载作用下荷载-位移关系曲线,考察了钢管径厚比和桥墩柱长细比对内部加肋补强圆形钢桥墩的极限承载能力、延性和能量吸收等抗震性能的影响.     

再生混凝土骨料包裹桩承载特性试验研究

采用再生混凝土骨料替换包裹碎石桩碎石芯料，形成一种新型地基处理方式——再生混凝土骨料包裹桩，以改善采用包裹碎石桩处理液化及软弱土地基时碎石强度未能充分发挥的问题.开展了模型试验，研究包裹长度、刚度及长径比对再生混凝土骨料包裹桩单桩承载特性和骨料破碎度的影响.研究结果表明：包裹长度为1倍～6倍桩径时，延长包裹长度可显著提高桩体承载力，包裹长度小于1倍或大于6倍桩径时，包裹长度对承载力改善不明显；包裹材料的临界刚度约为100 kN/m，当小于临界刚度时，增加包裹刚度能显著提高桩体承载力，大于临界刚度时，增加包裹刚度不再明显改善桩体承载力；再生混凝土骨料包裹桩桩长不变时，长径比大于10的桩体承载力较低，桩体主要在10～30 cm深度内产生不同程度的局部弯曲，长径比小于7的桩体承载力较高，桩体主要发生轻微鼓胀变形，无局部弯曲；混凝土骨料的破碎度与桩体能承受的极限荷载呈正相关，增加包裹长度、刚度及桩径均会增加芯料的破碎度.因此，进行再生混凝土骨料包裹桩单桩设计时应充分考虑包裹长度、刚度和长径比与芯料破碎度之间的关系，以获取最优设计方案.