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。     

输电铁塔四地脚螺栓塔脚板抗拉承载力试验与计算方法研究

针对架空输电线路铁塔中常用的四地脚螺栓塔脚板进行了抗拉承载力试验和理论计算方法研究。首先,选取8个试件进行塔脚板抗拉承载力试验研究,分析塔脚底板板厚及有无加劲板对塔脚板抗拉承载力的影响;其次,通过有限元模拟塔脚板的应力分布情况,并结合“塑性分析,弹性设计”的思想,提出了一种基于屈服线理论的四地脚螺栓塔脚板抗拉承载力计算公式;最后,与试验结果、有限元仿真结果、已有技术规定中的计算结果进行了对比。结果表明:建议公式与试验结果和仿真结果较为吻合,相关技术规定中的计算结果偏于保守,验证了本文建议公式的精确性;底板厚度和加劲板的作用对塔脚板承载力影响较大。研究结果可为输电铁塔四地脚螺栓塔脚板结构设计提供参考。     

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。     

哑铃型钢管混凝土拱肋极限承载力研究

为了研究哑铃型钢管混凝土拱肋的力学性能,基于统一强度理论和等效梁柱法,考虑中间主应力和材料拉压比的影响,推导了其极限承载力的新公式。采用梁单元建立哑铃型钢管混凝土拱肋的有限元模型,对其受力全过程进行双重非线性分析。将理论分析结果和数值计算结果与相关文献的试验结果进行比较,吻合良好,验证了本文理论分析方法和有限元计算方法的正确性。采用有限元方法,对荷载工况、长细比、矢跨比、截面形式和腹腔混凝土等参数的影响特性进行分析,研究结果表明,荷载工况对哑铃型钢管混凝土拱肋的极限承载力影响显著,荷载越对称、均匀,拱肋的极限承载力越高,竖向变形越小;拱肋的极限承载力随长细比的增大而显著降低,随矢跨比的增大先提高后略有降低;截面形式对拱肋的强度和刚度均有较大影响,而腹腔混凝土对其强度和刚度几乎没有影响。     

注浆微型钢管桩抗弯性能研究

为探讨注浆微型钢管桩的抗弯性能，对不同钢管管径、壁厚以及砂浆强度的12根试件，采用正交试验方案进行纯弯曲试验，基于试验结果提出极限抗弯承载力表达式，并采用有限元软件ANSYS建立模型进行验证。结果表明：注浆微型钢管桩的弯曲全过程可分为3个阶段，即，弹性阶段、弹塑性阶段和强化阶段；对注浆微型钢管极限荷载敏感性大小为，钢管管径>钢管壁厚>砂浆强度等级；不同规程计算的极限抗弯承载力与试验差异较大，本研究所提出的注浆微型钢管桩极限抗弯承载力表达式与试验结果吻合较好，钢管的抗弯承载力约占注浆微型钢管桩总抗弯承载力的78%,管内砂浆约占22%;有限元模拟结果显示，管内砂浆对微型钢管桩的抗弯性能有较大的提升，验证了所提出的注浆微型钢管桩抗弯承载力表达式的正确性。     

国产正交主轴齿板连接节点各项承载力性能研究

轻型木桁架常常使用进口齿板连接件,国内企业在工程实践基础上自主生产了国内产品.为确定此种自主生产的金属齿板连接节点的承载力性能,根据现行<木结构设计规范>附录M中齿板试验的操作方法,分别对该齿板的板齿极限承载力、齿抗滑移承载力、齿板受拉极限承载力及齿板受剪承载力进行了测试.在试验的基础上,对数据进行了统计分析,并将此类正交主轴齿板与进口的MITEK M-20齿板的各项承载力试验结果进行了比较.根据木结构设计规范中规定的方法,进一步计算得到了自主生产的正交主轴齿板的各项承载力设计值.分析结果表明该自主生产齿板连接节点具有良好延性和抗震性能.     

外框密肋复合墙抗剪机理及承载力计算

在外框密肋复合墙低周反复荷载试验的基础上,对墙体的抗剪机理进行了分析;依据极限平衡理论引入砌体抗剪承载力影响系数和框格承载力影响系数,同时考虑RC框格与填充砌块之间的相互作用;提出了外框密肋复合墙抗剪承载力计算公式;本文公式计算结果与试验结果、有限元数值模拟结果进行了比较。研究表明:本文基于水平薄弱层破坏建立的外框密肋复合墙抗剪公式较传统基于斜截面破坏建立的抗剪公式具有更明确的物理意义;本文公式计算精度较高,与试验结果、有限元数值模拟结果相差不到10%。     

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。     

预应力约束下混凝土梁端的边角受压极限承载力分析

根据摩尔库伦破坏准则,提出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力的计算方法,并得出极限承载力理论值.通过与有限元软件ABAQUS计算出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力结果进行比较,发现摩尔库伦破坏准则所得的理论公式与数值分析结果相近,验证了本文推导的理论公式的正确性.该理论公式表明,预应力能较好地改善梁端混凝土的受力状态,提升梁端的极限承载力.     

钢筋混凝土空腹夹层板剪力键的静力参数化分析

为分析钢筋混凝土空腹夹层板剪力键的静力受剪承载力,本文建立了其压杆-拉杆模型和有限元基准模型。将压杆-拉杆模型计算结果和规范公式以及基准模型计算结果进行了对比。结果表明压杆-拉杆模型与基准模型计算结果较为接近,规范公式计算的受剪承载力与之相差较多。通过参数化分析发现:混凝土的相对受压强度、体积配箍率对剪力键受剪承载力几乎无影响;纵筋配筋率、上肋相对截面高度、剪力键剪跨比对其影响较大。对这些参数进行多元回归分析,得到了基于压杆-拉杆模型的剪力键受剪承载力计算公式。     

ANALYSIS OF ULTIMATE BEARING CAPACITY OF PRESTRESSING CONCRETE BEAM END UNDER CORNER PRESSURE

根据摩尔库伦破坏准则，提出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力的计算方法，并得出极限承载力理论值.通过与有限元软件ABAQUS计算出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力结果进行比较，发现摩尔库伦破坏准则所得的理论公式与数值分析结果相近，验证了本文推导的理论公式的正确性.该理论公式表明，预应力能较好地改善梁端混凝土的受力状态，提升梁端的极限承载力.     

基于双剪统一强度理论的复式钢管混凝土轴压承载力计算

考虑内、外钢管对混凝土的双重约束作用, 分析复式钢管混凝土的轴压应力状态, 采用双剪统一强度理论分析混凝土和钢管各自的极限轴压强度, 得出复式钢管混凝土轴压承载力公式; 通过推导钢管在极限状态的强度折减系数及钢管与混凝土之间的紧箍力值, 计算出的轴压承载力与试验数据进行对比, 吻合较好, 验证了双剪统一强度理论在复式钢管混凝土轴压承载力计算中的适用性; 并给出了内圆钢管的径厚比和直径与轴压承载力提高系数的关系, 为复式钢管混凝土的优化设计提供理论依据.     

结构设计竞赛中纸质杆件相关参数确定及极限承载力研究1）

为确定纸质杆件的材料参数,并研究白卡纸杆件极限承载力的影响因素及杆件极限承载力计算方法,制作多组白卡纸杆试件并进行加载试验.测得白卡纸的泊松比为0.137 3,弹性模量为5.5GPa.杆件的抗压极限承载力受杆件的厚度、内径、长度、截面形状、白卡纸纹理方向以及涂胶宽度的影响;结合压杆稳定相关理论,由数据拟合得到白卡纸杆件极限承载力的近似计算方法;通过公式计算结果与试验结果比较,证明其准确有效.     

结构设计竞赛中纸质杆件相关参数确定及极限承载力研究

为确定纸质杆件的材料参数,并研究白卡纸杆件极限承载力的影响因素及杆件极限承载力计算方法,制作多组白卡纸杆试件并进行加载试验.测得白卡纸的泊松比为0.137 3,弹性模量为5.5 GPa.杆件的抗压极限承载力受杆件的厚度、内径、长度、截面形状、白卡纸纹理方向以及涂胶宽度的影响;结合压杆稳定相关理论,由数据拟合得到白卡纸杆件极限承载力的近似计算方法;通过公式计算结果与试验结果比较,证明其准确有效.     

带裂纹板单向拉伸极限承载力有限元研究

一般金属材料的板式构件,在其使用的过程中有时会出现裂纹,而构件出现裂纹后的承载力问题是人们比较关心的.由于金属材料一般为韧性材料,在极限承载力计算中有两种模型,一种是弹塑性屈服模型,一种是弹塑性断裂力学模型.本文利用通用软件分别采用弹塑性和基于扩展有限元的裂纹扩展分析模型对单向拉伸的带裂纹板进行数值模拟,并将数值模拟的极限承载力与试验结果进行比较;结果表明,裂纹扩展分析模型计算出的极限承载力与实验结果更吻合;在此基础上,本文对裂纹角度不同的单向拉伸带裂纹板进行分析,得到其极限承载力跟裂纹与拉伸方向夹角的关系,其趋势与理论分析结果吻合.     

预应力约束下混凝土梁端的边角受压极限承载力分析1）

根据摩尔库伦破坏准则,提出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力的计算方法,并得出极限承载力理论值。通过与有限元软件ABAQUS计算出梁端混凝土在预应力钢筋约束下的边角受压极限承载力结果进行比较,发现摩尔库伦破坏准则所得的理论公式与数值分析结果相近,验证了本文推导的理论公式的正确性。该理论公式表明,预应力能较好地改善梁端混凝土的受力状态,提升梁端的极限承载力。     

纵向焊接铝合金梁承载力研究

大多数结构用铝合金通常要经过热处理或加工硬化以得到更高的力学性能.这种合金焊接后,焊接热会使焊缝附近局部区域(称为热影响区HAZ)强度降低.这一特点使得焊接铝合金梁构件极限承载力的研究与焊接钢梁构件相比变得更为复杂.由于我国目前还没有关于铝合金结构的设计规范,为此本文对两种典型的纵向焊接工字型截面铝合金梁构件进行了试验研究,并在参考国外规范的基础上,提出了适用于静力设计的纵向焊接铝合金梁设计公式的建议.通过对试验构件进行数值分析,验证了有限元分析焊接梁的可靠性.在此基础上进行了大量的数值分析,并将试验结果及有限元计算结果与公式计算结果进行了比较,可以看出建议公式计算结果富有较大安全度,从而验证了其适用性,为我国《铝合金结构设计规范》的编制提供了依据和参考.     

初始缺陷对任意边界板极限承载力的影响分析

板钢结构承载力分析最终可化简为对一任意边界的矩形板在面内荷载作用下的极限承载力分析.从含初始弯曲的大挠度方程出发,以板厚度的折减量为摄动参数,将残余应力考虑成等效荷载,根据实用板与理想板的比较,得出板的厚度折减量和板的极限承载力方程.通过与非线性有限元方法和已有试验数据的验证分析,表明折减厚度法适用范围广、安全、精度高,可作为非线性有限元方法的补充,大大简化了结构极限承载力分析的复杂性.     

钢管混凝土K型相贯节点试验研究与数值模拟

从钢管混凝土格构式风电塔架原型中取出节点模型,对5个K型焊接相贯节点进行了试验研究和理论分析,研究了不同几何参数条件下节点的破坏过程和特征、荷载-变形关系和承载能力等。建立了有限元模型,分析了各研究参数对节点破坏形态和极限承载力的影响规律,得到了节点失效机制的判别参数与准则。试验结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点在丧失承载力前弦杆的宏观变形特征不明显,腹杆失效是主要破坏形态;与空心圆钢管相贯节点相比,刚度大大增加,相贯线周围应力集中程度也降低。有限元分析结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点的控制破坏形态包括腹杆失效和弦杆冲剪破坏,控制破坏类型的关键指标是腹杆与弦杆的壁厚比τ和夹角θ。为避免钢管混凝土格构式风电塔架出现节点失效,须限制参数τ、θ的取值。本文建议τ≤1,θ≤45°。     

矩形钢管加劲肋加强K形箱型相贯节点极限承载力数值分析

利用有限元软件对加劲肋加强的K形箱型节点在一侧支管轴向受拉一侧支管轴向受压作用下的极限承载力进行了研究,在现行钢结构设计规范中关于直接焊接相贯节点极限承载力公式的基础上引入加劲肋对节点极限承载力加强部分NS,建立了加劲肋加强K形箱型节点极限承载力设计公式。分析结果表明:随着τ的增加,K形箱型节点极限承载力提高部分NS显著增加;η的增加能显著提高K形箱型节点的极限承载力提高部分NS;β对K形箱型节点极限承载力提高部分NS的影响较小。