不同强度钢材螺栓连接承载性能试验研究

通过两组不同强度等级钢材螺栓连接接头的静力拉伸试验,分析了材料匹配性、螺栓布置方式和间距对混合接头承载性能的影响,并与规范理论值进行了对比,讨论了规范计算公式的适用性。研究表明:螺栓横向布置时,试件承载力随螺栓端距、边距、间距的增大而增大,ANSI规范拟合趋势比较接近,EC3规范偏保守;螺栓纵向布置时,连接的承载力仅随边距的增大线性增大,此时EC3规范拟合效果较好。基于理论分析与试验数据,给出了适用于不同强度钢材混合接头的连接构造建议。高强度钢材能显著增加钢材强度利用率,间接提高孔壁承压强度设计值,混合连接的承载力计算完全沿用普通钢材的设计方法,会导致计算值偏低。     

Q690高强钢螺栓抗剪连接承载性能试验研究

通过对22个Q690高强钢螺栓连接接头的静力拉伸试验,综合分析了其连接的破坏形态、受力性能和匹配性,讨论了关键参数对承载性能的影响。研究表明:螺栓横向布置时,承载力随螺栓端距、边距和间距的增大呈线性增长;螺栓纵向布置时,连接的承载力仅随边距增大而增大,螺栓端距和间距的影响不超过5%。螺栓孔径对承载力的影响主要体现在净截面面积上,螺栓强度等级会影响连接的初始滑移荷载,而对极限承载力影响较小,与Q690钢材匹配的高强钢螺栓建议取10.9级以上。EC3规范能较好地反映端距和边距的影响关系,但偏于保守,ANSI规范的拟合结果与试验值更接近。上述研究结果可为国产高强度钢材螺栓连接的设计理论和方法提供基础数据。     

斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型研究

为简化实际工程结构中斜向梁柱外伸端板连接节点的分析与设计，利用欧洲规范EC3的组件法提出了斜向梁柱外伸端板连接节点的恢复力模型。首先，采用组件法计算了斜向梁柱外伸端板连接节点的初始转动刚度和屈服承载力，提出了外伸端板连接节点考虑钢梁倾角影响的初始转动刚度计算公式。通过对试验试件骨架曲线的无量纲化拟合了此类节点的三折线骨架曲线模型。通过回归分析确定了斜向梁柱外伸端板连接节点的卸载刚度计算公式。在此基础上，建立了斜向梁柱外伸端板连接节点的三线型恢复力模型。通过与试验及参数有限元分析结果的对比，验证了斜向梁柱外伸端板连接节点恢复力模型的准确性，研究成果可为斜向外伸端板连接节点的工程分析提供参考。     

螺栓连接受力口盖区的实验—有限元混合法应力分析

本文以飞机的中外翼壁板上螺栓连接的受力口盖区为研究对象,探讨了将光弹性、电测法与有限元计算三者结合并用的应力分析方法.首先利用光弹性和电测法,研究受力口盖区连接螺栓的传力规律,提出有关的计算公式,然后以此为基础,建立合理的螺栓连接有限元计算模型,进而进行应力分析工作.实践表明,对于诸如此类复杂的工程结构,采用实验与有限元相结合的混合法,能够进一步提高应力分析的效率,获得更多更好的结果.     

水平荷载下型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架受力性能非线性数值分析

在型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架拟静力试验的基础上,采用Abaqus软件建立该组合框架有限元模型并进行非线性数值分析,获取组合框架的变形图、应力云图及荷载-位移骨架曲线,分析组合框架的受力破坏特征,验证了有限元模型的合理性,并对组合框架进行了参数分析。结果表明,数值模拟计算值和试验值对比误差较小,数值计算模型能够较好地模拟该组合框架的受力性能;组合框架符合强柱弱梁的破坏机制;另外,提高型钢强度或再生混凝土强度对组合框架承载力和刚度有利,但对其变形能力不利;框架承载力和刚度随着梁柱线刚度的增加而提高;增大轴压比对于组合框架的抗震性能和延性不利。研究结论可为该类绿色组合框架的工程应用提供参考。     

CFRP阶梯加固钢板端部胶层应力的理论模型研究

CFRP阶梯加固可以有效减小CFRP端部胶层应力,防止胶层过早剥离而导致CFRP加固失效.文中通过理论推导建立CFRP阶梯加固钢板的端部胶层剪应力和正应力的理论模型,并采用有限元模型验证了理论模型,然后利用理论模型研究了加固参数对胶层应力的影响.研究结果表明:理论模型可以有效地计算端部胶层应力,且当阶梯端部长度超过"最小端部长度"时,理论模型可以准确计算端部胶层的最大应力值及其发生位置;利用理论模型便于分析各种参数对端部胶层应力的影响,其中胶层厚度、阶梯数量和CFRP厚度对端部胶层应力影响较大.     

带接头在役混凝土电杆受力性能试验研究

为了揭示在役混凝土电杆连接接头的破坏机理和承载性能,进行了6根两类不同杆长、跨中带钢圈接头的混凝土电杆的抗弯承载力试验,通过试验观察了各试件的受力全过程和破坏形态,获取了弯矩-挠度曲线、裂缝宽度-弯矩曲线、刚度退化规律曲线以及极限弯矩等重要指标.对比分析了两种杆长试件的承载力和刚度变化规律,并通过试验拟合,提出了相关刚度退化规律公式.研究结果表明,试件所具有的破坏形态大多为混凝土拉裂、接头钢圈不屈服,破坏具有明显的脆性；截面的平均应变符合平截面假定；杆长较短试件的极限承载力显著大于较长杆长的试件；裂缝宽度-弯矩曲线大致经历了4个阶段:即未开裂阶段、逐渐增长阶段、稳定发展阶段、快速开裂阶段；杆长较短试件的初始弹性刚度以及弹塑性刚度都比较长杆长试件的大；电杆连接接头的相对刚域范围对杆身受力性能具有极大的影响.     

连钢箍接头服役混凝土电杆的性能评估及加固研究

为了揭示带钢箍接头服役混凝土电杆的破坏机理和承载性能,对3根长4.2m、3根长3.5m的带有钢箍接头的混凝土电杆以及3根长4.2m采用碳纤维布(CFRP)加固的钢箍接头电杆进行了抗弯承载力试验。通过试验观察了各试件的受力全过程和破坏形态,并获取了荷载-挠度曲线、刚度退化规律曲线、极限承载力等重要指标。研究结果表明:未加固试件的破坏形态大多为混凝土拉裂、接头钢箍不屈服,具有明显的脆性;加固接头试件的破坏过程迅速,主要表现为混凝土与CFRP的表面粘脱失效而破坏,过程迅速,具有脆性破坏特点,黏贴双层碳纤维布试件比采用单层碳纤维布试件的承载力提高了32.8%;对比加固和未加固接头的试件,经单层加固后电杆的承载力提高58.8%、初始弹性刚度提高达3倍,且延性性质也有所改善;但加固与未加固试件的耗能能力大致相当,其截面应变均符合平截面假定。     

螺栓连接的梁–弹簧模型及各齿承载分布

螺栓各齿承载分布严重不均，内外螺纹啮合的第一齿承载较大且齿根存在应力集中，易造成螺栓杆横断失效。本文通过对螺栓连接的受力变形分析，建立梁–弹簧模型，推导了理论模型的力学方程组，并基于此模型编程计算，求解得到螺栓连接件在使用过程中各齿承载的分布情况和齿根应力集中系数。最后进行有限元仿真，对比理论模型和有限元的结果，两者误差在工程可接受范围之内。研究表明，螺栓连接的组合梁–弹簧模型是合理有效的。     

双向受压毂节点抗压承载力特性及计算理论

针对毂节点在双向受压下的受力性能开展非线性有限元分析,在对有限元模型进行实验验证之后,研究了节点尺寸、杆件面内夹角、平面外角度和两方向上施加的不同荷载对节点承载力特性的影响规律。根据节点破坏形态和应力应变分布特点,给出不同状况下的节点失效模式。针对常见的一种失效模式,通过建立计算理论模型,运用虚功原理对节点中毂钢管和端板进行承载力计算。并通过回归分析提出了该失效模式下的节点极限承载力的建议计算公式,建议公式与有限元计算结果之间误差在10%以内,可供毂节点设计时参考。     

横肋波纹钢板-钢管混凝土短柱轴压受力机理研究

横肋波纹钢板-钢管混凝土柱(CFHCST)是由四角方钢管与侧壁波纹钢板焊接形成的多腔体与混凝土组合而成。为研究其受力机理及轴力分配规律,本文采用ABAQUS建立了CFHCST的分析模型,并基于得到的试验数据验证了该模型的准确性。在此基础上,从构件的荷载-纵向应变曲线、各钢材组分的应力-应变曲线发展规律及混凝土的纵向应力分布等多方面进行了分析,同时评价了不同参数对其承载力、延性及承载力提高系数的影响。研究结果表明:波纹钢板几乎不承担轴向荷载,构件承载力的大小主要由核心混凝土和方钢管混凝土决定;构件截面的强约束区主要集中在核心混凝土的截面核心处以及方钢管角部;波纹钢板表面受力不均匀,波峰与波中处钢材均表现为双向受拉,且波峰对混凝土的约束效果最好。在结合现有规范以及有限元参数分析结果的基础上,建立了CFHCST承载力计算公式。公式计算结果偏于安全,可为工程设计提供参考。     

螺栓连接结构的爆炸冲击破坏

为了建立真实可信的螺栓连接破坏模型,利用瞬态分析软件LS-DYNA分析了螺栓连接部件在爆 炸冲击下的破坏情况,提出了简化破坏模型的建立方法。建立了M24螺栓连接3维有限元模型,使用部分降 温法进行了螺栓预应力的加载,然后结合弹塑性材料本构模型和面-面接触算法计算了在不同爆炸冲击情况 下有、无预应力螺栓和螺栓-螺母连接的变形破坏情况。根据计算结果总结了冲击波入射角度和预紧力大小 对螺栓连接破坏的影响规律,并建立了螺栓连接结构的简化破坏模型。最后提出了提高螺栓连接抗冲击能力 的一些措施,为设备整体抗冲击计算模型的建立及抗冲击设计提供参考。     

钢轨轨缝接触-冲击的有限元分析

基于弹性点支承梁模型，采用三维非线性动力分析有限元程序ANSYS／LS-DYNA3D，建立了轮轨轨缝处接触一冲击有限元分析模型，通过模拟车轮经过轨缝时冲击钢轨接头的过程，研究了冲击过程中轨头的应力分布情况．结果表明：车轮冲击钢轨接头时，轮轨间最大垂向接触力出现在冲击开始后0．5ms左右，约为静载时的2．6倍，且在一定时间段里，轮轨间出现瞬时脱离现象．同时，轮轨间接触力及各种最大应力均随着轴重的增加成正比增大；当车轮冲击轨端瞬时，最大Von Mises等效应力出现在轨端头部，约为静接触时的3倍；最大剪应力发生在离轨顶面5mm处．研究结果对于揭示轨头的冲击破坏机理和改善铁路轨缝连接方式具有指导作用．     

带变截面可更换耗能梁段的高强钢框架-偏心支撑有限元参数分析

提出了一种新型变截面可更换耗能梁,控制塑性变形集中在耗能区域中,通过扩大截面与框架梁采取翼缘和腹板螺栓拼接连接,易于实现螺栓弹性设计,减小螺栓滑移,完成耗能梁端在地震作用后的更换。利用变截面可更换耗能梁段中部区域耗能集中与塑性变形优越的特性,结合高强钢的较大弹性变形,在偏心支撑钢框架中设置变截面可更换耗能梁段,形成带变截面可更换耗能梁段的高强钢框架-偏心支撑结构体系,通过有限元软件模拟验证了已有端板连接可更换耗能梁段试验,对比破坏模式、承载能力与耗能特性,以此为基础,建立了带变截面可更换耗能梁段的高强钢框架-偏心支撑结构有限元模型,通过循环加载研究了结构的承载能力、刚度、受力特点、塑性转角和塑性分布等受力机理。考虑了中间耗能区域长度(e)、钢材牌号组合和变截面可更换耗能梁段长度(e'')三个参数变化对结构抗震性能的影响规律。     

轻钢沙漠砂陶粒混凝土剪力墙受压力学性能研究

通过对4组沙漠砂陶粒混凝土试块进行本构关系试验,对4片轻钢沙漠砂陶粒混凝土剪力墙墙肢试件进行轴压试验和有限元模拟,研究了此类剪力墙的轴压性能,分析了混凝土强度及端部薄壁型钢对其轴压性能的影响。研究表明:采用过镇海本构关系方程拟合的应力-应变曲线与试验曲线吻合较好,其相关系数在0.9以上,能够较为准确地反映沙漠砂陶粒混凝土在单轴受压荷载作用下的受力变形特征;随着混凝土强度的提升,试件承载力略有提升,但对试件变形能力的影响很小;在墙体两端预埋薄壁型钢可有效提高试件的抗压刚度和承载力,并能改善墙体变形能力;ABAQUS有限元分析结果与试验结果吻合良好,其相对误差在10.0%以内,能够较好地模拟轻钢沙漠砂陶粒混凝土剪力墙的轴压性能,其破坏形态为顶部混凝土压碎,钢丝网及薄壁型钢依次受压屈服。     

型钢再生混凝土梁受剪性能试验及承载力计算

为了研究型钢再生混凝土梁的受剪性能,以剪跨比、再生粗骨料取代率、混凝土强度等级为变化参数,设计了12个试件进行静力加载试验。通过试验观察了试件受力破坏过程及形态,获取其荷载-变形全过程曲线、极限承载力等数据,并分析了再生粗骨料取代率、剪跨比、混凝土强度等参数对试件受剪承载力的影响规律。在试验基础上,建立了型钢再生混凝土梁受剪承载力的拟合公式;分别采用国内外相关规范公式计算试件的受剪承载力,并与试验结果进行对比分析。结果表明：型钢再生混凝土梁根据剪跨比的不同,表现为剪切斜压破坏和剪切粘结破坏两种不同的形态;再生骨料取代率对试件的受剪承载力有不利影响,但影响不大,而剪跨比和混凝土强度则有较大影响;随着剪跨比的增大,试件的承载力显著降低;随着混凝土强度的提高,试件的承载力有一定的提高;拟合公式和《型钢混凝土组合结构技术规程》方法可适用于型钢再生混凝土梁的受剪承载力计算,而《钢骨混凝土结构设计规程》及日本规范方法计算结果小于试验值。     

腹板开孔的冷弯槽形轴压构件试验研究

腹板开孔是冷弯薄壁构件中一个较新的构造形式。孔的存在导致薄膜应力的重新分布,影响构件的屈曲特性和承载能力,使得无孔构件的分析与设计公式不再适用于开孔构件,因此有必要研究开孔构件。本文选取冷弯薄壁型钢中主要的承力构件形式卷边槽钢构件,对两端简支、腹板开单孔的中长柱进行了轴心受力性能的试验研究,对比进行了未开孔构件的试验。通过对比发现两类构件的受力特性有着明显的差异,开孔构件的承载力有所降低。将两类构件的试验结果分别与理论分析、ANSYS模拟结果进行对比和分析,讨论了两类构件受力性能及承载力不同的原因。根据不同开孔尺寸试件的试验结果可知,开孔构件的极限承载力随着开孔高度、宽度的增大而下降。     

火灾下防火涂料破损后约束柱的稳定承载力

为考察地震破坏防火涂料后钢柱的抗火性能,根据势能驻值原理推导了约束钢柱两端防火涂料破损后稳定承载力计算方法.分别讨论了防火涂料的破损长度、钢柱的升温以及端部转动约束刚度对稳定承载力的影响.结果表明:破损长度对约束柱稳定承载力影响较大;温度较低时,温度对稳定承载力影响不大,而端部约束刚度对稳定承载力影响较大,温度超过500℃以后,温度对稳定承载力有较大影响,而转动约束刚度对稳定承载力影响变小.     

板厚、温度和速度对单搭接胶接接头强度的影响

为了探讨单搭接胶接接头结构的破坏机理，采用Hopkinson拉杆实验技术，研究了板厚、温度和速度(试样端部的最大速度)对单搭接胶接接头强度的影响。实验结果表明，板越厚、温度越低、速度越大，接头的强度越大。运用有限元方法分析了胶层的应力分布，通过引入剥离应力对试样强度的影响因子，研究发现板越厚、温度越低、速度越大，剥离应力对接头强度的影响越小。     

围套加固石砌体小偏心受压构件正截面承载力的计算

针对围套加固石砌体小偏心受压构件加固后的正截面承载力计算问题,通过模型实验研究和理论推导分析,得出综合考虑加固结构不同组成材料的力学参数、二次受力特征及截面应力-应变非线性关系多种影响因素的计算方法,并通过对试件的计算,验证了此方法的可靠性。通过计算分析,本文得出试件初始应力水平对组合加固构件正截面承载力的影响曲线。曲线表明当初始应力水平指标β0.7时,正截面承载力有所增长,但增长幅度不超过5%,所以可以按照一次性受力进行承载力的计算;而当β0.7时,应力水平对承载力的影响不可忽略。随着应力水平的增长,承载力不断下降,所以在实际工程中对初应力水平较高的加固构件应进行卸载。