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。     

Q460高强钢螺栓接头受力性能分析与评价

在试验研究的基础上,对Q460高强钢螺栓横排和纵排连接接头的应力分布、破坏模式、螺栓受力及承载性能进行了有限元模拟,并与EC3规范关于孔壁承压、螺栓抗剪、净截面破坏及板件撕裂的理论计算值进行了对比。研究结果表明:有限元分析的荷载位移曲线规律及连接接头的极限承载力与试验结果基本吻合。当螺栓横向布置时,两孔受力较均匀,应力云图及塑性区域呈对称分布,拟合曲线点分布较离散,采用EC3规范理论计算值富裕度较大;当螺栓纵向布置时,两孔受力不均,端部螺栓孔变形较大,EC3规范计算端部螺栓和中部螺栓承载力均比较准确。本研究可为高强钢螺栓连接设计方法提供数据参考。     

新型波纹缀板-方钢管混凝土组合柱轴压性能研究

提出一种新型波纹缀板-方钢管混凝土组合(CSTCB)柱,是在柱四角布置方钢管并沿高度方向焊接波纹缀板形成钢骨架,向腔体内灌注混凝土而成。为研究CSTCB柱的轴压性能,对两个不同缀板间距的试件进行了轴心受压试验,并采用ABAQUS软件进行了有限元模拟。在比较试件破坏形态的基础上分析了试件受力机理,探讨了钢管壁厚、混凝土强度、钢材屈服强度和缀板间距对CSTCB柱承载力的影响。研究表明:CSTCB柱具有较高的承载力和延性,波纹缀板与钢管形成的钢骨架对混凝土有较强的约束作用,破坏形态为方钢管屈服及混凝土压碎;有限元计算结果与试验较为吻合,且增大钢材强度、钢管壁厚以及混凝土强度均能有效提高试件的承载力,但试件的延性随着混凝土强度的增大而降低。基于相关规范公式,建议了CSTCB柱的轴压承载力计算公式。本文研究对新型组合柱的工程应用具有一定参考价值。     

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。     

基于组件法的穿心螺栓连接CFST柱节点初始刚度计算

本文基于EC3中的组件法，分析并建立了不同类型穿心螺栓连接CFST柱节点的力学模型，提出了EC3中未涉及的加强角钢的组件模型以及穿心螺栓连接刚度系数计算公式，推导了不同节点的初始刚度计算公式，试验结果和公式结果的对比表明，采用EC3给出的受拉螺栓刚度系数将大大低估穿心螺栓连接CFST柱节点的初始转动刚度，而采用本文所提出的考虑穿心螺栓预紧力的受拉螺栓刚度系数计算公式则与试验结果吻合较好．     

基于统一强度理论的圆钢管型钢再生混凝土短柱轴压承载力分析

对9根圆钢管型钢再生混凝土短柱进行了轴心受压试验,主要考虑了再生粗骨料取代率、径厚比、型钢配钢率对试件轴压承载力的影响。试验结果表明:试件轴压承载力随着取代率的增加而逐渐减小,随径厚比的减小和型钢配钢率的增大而增大,说明该柱具有较高的承载力和良好的延性变形能力。在试验研究基础上,采用统一强度理论对圆钢管型钢再生混凝土短柱轴压极限承载力进行了理论分析;采用厚壁圆筒统一强度理论计算了钢管对核心型钢再生混凝土的约束应力;推导了该短柱的轴压承载力计算公式,并对其影响因素进行了分析。结果表明:计算值与试验值之比的均值和方差分别为0.99和0.001,吻合较好,表明统一强度理论对圆钢管型钢再生混凝土轴压短柱的理论计算有很好的适用性;此外,当材料的拉压比α(α=1时,拉压同性材料;α≠1时,拉压异性材料)一定时,试件轴压承载力随着材料强度参数b(0≤b≤1)的增大而增大;当材料强度参数b值一定且α≠1时,试件轴压承载力随着α的增大而增大;此外,试件轴压承载力随着径厚比的增加而呈递减趋势;试件承载力提高系数随着再生混凝土强度的增大而减小。研究结论可为圆钢管型钢再生混凝土组合短柱的设计与计算提供理论参考。     

充气锚杆在黏土中的群锚效应试验研究

为揭示充气锚杆在黏土中的群锚效应,采用自行设计的充气锚杆及其拉拔试验装置,在黏土地层中进行了多组拉拔试验。根据充气锚杆的根数不同、不同的布置形式以及间距变化设置不同试验组,并对其试验结果进行了对比分析。试验结果表明:双锚情况下,随着锚杆间距的增大,其承载能力呈现先增大至一最大值后又开始减小,锚杆的最优间距为6.84D(D为充气锚杆扩大段等效直径);三锚和四锚情况下,群锚的平均极限承载力均小于双锚;应力场干涉叠加对群锚气囊变形产生一定的影响,当锚杆间距大于限值(25cm)时,会使得扩大头端面和扩大头侧面承载力随着间距的增大先增加后减小,最后接近单锚状态;当锚杆间距小于限值(25cm)时,应力场干涉叠加会削弱扩大头端面和扩大头侧面承载力,甚至低于单锚状态。     

腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢柱试验研究

为了解腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢构件的受压性能,对8根短柱和中长柱进行了轴心受压试验研究。在试验之前首先用有限条和有限元方法对柱试件进行了详细的设计,以确保发生畸变屈曲失效。柱受压试验结果发现：所有试件均发生畸变屈曲失效破坏,同时在峰值荷载时中长柱试件有绕弱轴的弯曲产生,畸变屈曲和局部屈曲一样也有一定的屈曲后强度。在总结分析现有国内外规范计算理论的基础上,提出了基于直接强度法设计腹板V形加劲冷弯薄壁卷边槽钢轴压构件畸变屈曲承载力的计算方法。采用该建议方法计算所得结果与试验值和参数分析值吻合较好,其设计过程简便且安全可靠。     

等角八边形中空夹层钢管混凝土短柱承载力统一解

采用统一强度理论,对等角八边形中空夹层钢管混凝土短柱进行了研究;将柱分为两个部分:内钢管为一个部分,核心混凝土与外钢管为一个部分。将等角八边形中空夹层钢管混凝土短柱等效为圆中空夹层钢管混凝土短柱,考虑混凝土所受侧向约束应力。结合其受力机理,提出了等角八边形中空夹层钢管混凝土短柱的轴压承载力计算公式;在此基础上,考虑偏心距及柱长度对柱承载力的影响,建立了此类柱偏压承载力计算公式。用本文短柱轴压、柱偏压公式与文献数据分别进行了计算对比,轴压试验值与理论值最大误差不超过14%,偏压试验值与理论值最大误差不超过7%,理论结果与试验结果均吻合较好,验证了理论公式的正确性。在此基础上研究了部分参数对承载力的影响规律,结果表明:在一定范围内,轴压承载力随侧压系数的增大而增大;偏压承载力随偏心距的增大而降低。     

复式钢管混凝土T形件单边螺栓节点承载力研究

T形件单边螺栓连接节点应用到复式钢管混凝土结构中可充分利用双层钢管的截面特点,传力性能好且抗震性能高。对5个节点试件进行柱端水平往复加载试验并进行了数值模拟分析,试验中T形件因加肋方式不同出现了3种变形特征,而节点整体的破坏形态均为T形件屈服后钢梁塑性变形,数值模拟结果与试验结果吻合较好。根据试验和有限元结果分析了节点传力构件的受力机理,提出T形件受拉模型,分别计算T形件翼缘和加劲肋提供的抗弯承载力,从而得到节点的抗弯极限承载力计算公式,计算结果与试验结果误差较小,与数值模拟结果也十分相近。研究结果表明采用T形件受拉模型计算的节点承载力公式适用于T形件与单边螺栓强度相匹配的情况,T形件加肋形式对节点极限承载力影响最大,其次为T形件翼缘厚度,T形件腹板厚度影响很小;此外随着T形件翼缘厚度的增加节点承载力提高越来越小,故得出了单边螺栓直径与T形件翼缘厚度的最大临界值和最佳匹配值,为该节点工程应用提供理论参考和设计依据。     

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。     

高强度钢材对接焊缝拉伸性能试验研究

为考察不同匹配形式下国产高强钢对接焊缝的基本力学性能,对Q460D及Q690D焊接试件进行了静力拉伸试验。结果表明:对Q345B与Q460D及Q690D连接,在低强和等强两种匹配形式下的屈服强度和极限抗拉强度比较接近,极限强度比Q345B母材分别提高了约4.4%和6.5%,断裂位置在热影响区和母材区,说明不同强度钢材的混合焊缝连接,选用低强匹配的焊条能保证连接强度;焊缝区不先于母材断裂。对于Q460D和Q690D同种钢材对接焊缝连接,采用等强匹配试件的极限抗拉强度比低强连接分别提高了16%和14%,应变达到4.9%~11.9%,即达到极限强度值,说明同种钢材采用等强匹配的焊条,连接接头在承载力提高的同时,延性有所降低。     

大型临时看台桁架结构优化计算与稳定性分析

针对大型临时看台桁架结构智能设计中的优化过程进行研究,根据人体跳跃荷载试验数据统计计算的竖向动力放大系数,利用ABAQUS分析比较了大型临时看台桁架结构杆件的不同布置对结构整体强度和刚度的影响,研究了斜杆布置对大型临时看台结构安全性能的影响;提出了大型临时空间桁架结构斜杆布置的安全性原则,大大提高了斜杆利用效率;通过临时结构非线性屈曲分析发现,初始缺陷对大型临时看台承载力劣化呈近似线性特征,当缺陷幅值为26mm时,极限承载力下降30.3%。本文研究结果对大型临时结构全自动设计和快速施工有一定的理论和实际意义。     

角钢约束混凝土中长柱轴压力学性能试验及承载力计算

为了研究角钢约束混凝土中长柱在轴压荷载作用下的力学性能,以长细比、缀板间距、混凝土强度等级为变化参数,完成了8个试件的静力加载试验。通过试验观察了试件的破坏形态,获取了其极限承载力、刚度、位移延性和耗能系数等力学性能指标;分析了各变化参数对力学性能指标的影响,利用统一强度理论、极限理论和叠加理论对试件的承载力进行计算。研究结果表明:长细比越小越容易发生柱端破坏,长细比加大后易发生柱中破坏;减小缀板间距,试件的极限承载力和变形能力均得到提高。随着混凝土强度等级的提高,试件的极限承载能力和初始弹性刚度得以提高,但位移延性和耗能能力有所降低。采用统一强度理论的计算值略大于试验值,采用极限分析理论和叠加理论的计算值均小于试验值。     

基于统一强度理论抗滑桩桩间距的计算

在已有抗滑桩桩间距研究的基础上,对桩间土拱进行受力分析。从侧阻力条件和土拱强度条件两个方面对抗滑桩桩间距进行了计算,将统一强度理论引入土拱强度的分析,藉此分别判断拱顶前缘、后缘及拱脚处土体是否处于临界状态,可得3个桩间距值,取相应的最小桩间距作为设计桩间距。此方法对于滑坡推力的矩形、三角形和梯形分布形式均适用,并可考虑土体自重应力的影响,同时可推及锚索抗滑桩桩间距的计算。对两个计算实例进行了分析,本方法的计算值与已有计算值或设计值的比较表明本方法效果良好。具体计算中统一强度参数b取0.2~0.7较为合适,滑坡推力为矩形分布时b值约为0.3,滑坡推力为三角形分布时b值约为0.6,滑坡推力为梯形分布时b值介于两者之间。     

复合材料螺栓连接性能的分散性和可靠性分析

本文通过对35个复合材料层合板螺栓连接试验件进行钉孔挤压试验,得到各个试件的挤压强度,然后采用统计分析的方法,研究复合材料层合板螺栓连接挤压强度的分散性规律。研究表明,复合材料层合板螺栓连接挤压强度的分散性模型可以用正态分布、对数正态分布以及威布尔分布三种模型模拟,其中以威布尔分布拟合效果最好,其次是正态分布。另外,本文采用极大似然估计方法给出了三个模型的分布参数。最后,利用蒙特卡洛法和雷-菲法计算了三种分布模型下的失效概率。结果表明,威布尔分布的失效概率最大,而对数正态分布的失效概率最小。     

翼缘板连接的管幕结构抗弯性能的影响研究

STS(Steel Tube Slab)管幕结构是一种用于修建地铁站,下穿有隧道、道路、铁路的新型地下支护体系,它是采用混凝土、翼缘板、螺栓将若干个钢管连接起来,形成一个共同受力的支护结构。但STS管幕工法仍存在不足,在STS管幕结构的基础上加以改进,并采用有限元软件研究了翼缘板连接的管幕结构受弯性能的影响。结果表明:钢板连接形式的管幕结构,在一定范围内,极限承载力和横向刚度随混凝土强度的提高而增加较小;翼缘板厚度的增加对横向刚度影响较小,但对极限承载力影响较大,翼缘板厚度每增加1mm,极限承载力提高16.67k N左右;上下翼缘板间距对构件的极限承载力影响较大,翼缘板间距每增加50mm,极限承载力增加100k N左右。     

Q690高性能焊接钢管轴压临界承载力实验研究

为研究国家电网输电塔中Q690高性能钢焊接圆管的临界承载力,取长细比45和60,且考虑径厚比为31.25、37.50和43.75的三种截面,以厚度为8mm的国产Q690高性能钢板设计制作了18根焊接圆管足尺试件并进行轴向受压试验。由试验结果分析表明:试件与普钢圆管发生相同的弹性整体失稳破坏,破坏瞬时突然;而相对普通钢材,Q690高性能钢材料弹性段相对较长,管材环向约束增强,试件失稳相对滞后,临界承载力相应提高。与中国和美国相关行业规范公式计算值对比分析发现:所有规范计算值均不同程度小于试验实测结果,且长细比越大,差异越明显。上述结果进一步验证了将河南省电力勘测设计院"Q690钢管杆塔设计试验研究技术报告"得出的轴压稳定系数取值的相关规范设计公式应用于指导工程设计的可行性。     

单面连接单角钢压杆承载力试验研究

单角钢构件的工程应用已有上百年的历史,我国的钢结构设计规范采用了强度折减法来计算单面连接单角钢压杆的承载力．相关研究表明,我国规范的计算公式不够精确,尤其对于短肢连接的不等边角钢,计算误差较大．本文首先完成了16根单面连接单角钢压杆的试验,并搜集了前人的试验数据,最终得到了31个有效试验数据点;然后建立了单面连接单角钢压杆的有限元数值模型,分析了初偏心、残余应力、初弯曲、节点板厚度等参数对构件承载力的影响;最后拟合得到了单面连接单角钢压杆的整体稳定承载力计算公式．通过和试验数据以及各国规范计算公式的对比表明,本文公式具有更高的精度．     

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。