方鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)有限元分析

國(guó)家游泳中心"水立方"的多面體空間剛架結(jié)構(gòu)中,采用了配合方鋼管、且承受軸力與彎矩共同作用的焊接空心球節(jié)點(diǎn)。本文的主要目的是通過(guò)試驗(yàn)研究軸力、彎矩及兩者共同作用下方鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)的受力性能和承載能力,為理論公式提供佐證,共選擇了3種不同規(guī)格球徑的6個(gè)節(jié)點(diǎn)。本文較詳細(xì)地介紹了在軸力、彎矩及兩者共同作用下方鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)模型試驗(yàn)過(guò)程,包括為實(shí)現(xiàn)軸力與彎矩共同作用的荷載條件而設(shè)計(jì)的試件、加載裝置以及測(cè)點(diǎn)布置、加載方案等。對(duì)于模型的應(yīng)力發(fā)展過(guò)程及試驗(yàn)結(jié)果,也逐一進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,有限元計(jì)算的可靠性是有保證的;節(jié)點(diǎn)承載力隨彎矩的增大而減小。

國(guó)家游泳中心“水立方”采用了一種新型的多面體空間剛架結(jié)構(gòu),桿件形式包括圓鋼管、方鋼管和矩形鋼管,節(jié)點(diǎn)則主要采用焊接空心球節(jié)點(diǎn)。本文系統(tǒng)研究在軸力、彎矩及兩者共同作用下方鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)的受力性能與承載能力。建立了采用理想彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、mises屈服準(zhǔn)則,同時(shí)考慮幾何非線性的有限元分析模型,并對(duì)承受軸力、彎矩及兩者共同作用的方鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的有限元參數(shù)分析。對(duì)軸力和彎矩共同作用的焊接球節(jié)點(diǎn),其軸力-彎矩相關(guān)關(guān)系與節(jié)點(diǎn)的幾何參數(shù)(包括空心球的球徑、壁厚及鋼管邊長(zhǎng))無(wú)關(guān)。對(duì)若干典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,直觀了解節(jié)點(diǎn)的受力性能和破壞機(jī)理,并驗(yàn)證了有限元模型的正確性。還推導(dǎo)了基于沖切面剪應(yīng)力破壞模型的節(jié)點(diǎn)承載力簡(jiǎn)化理論解,從而得到節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算公式的基本形式。最后,綜合簡(jiǎn)化理論解、有限元分析和試驗(yàn)研究的結(jié)果,建立了軸力、彎矩及兩者共同作用下方鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)承載力的實(shí)用計(jì)算公式,其中,對(duì)軸力和彎矩共同作用的節(jié)點(diǎn),提出以軸力設(shè)計(jì)時(shí)考慮彎矩作用(或以彎矩設(shè)計(jì)時(shí)考慮軸力作用)的影響系數(shù)的概念,并給出了計(jì)算公式,可供實(shí)際工程設(shè)計(jì)采用,也可供相關(guān)規(guī)程修訂時(shí)參考。

焊接空心球

鋼管桁架人行天橋大型焊接空心球支座節(jié) 點(diǎn)分析 38橋梁結(jié)構(gòu)城市道橋與防洪2011年11月第11期 鋼管桁架人行天橋大型焊接空心球支座節(jié)點(diǎn)分析 陳海斌,陳偉,鄭文杰 (1.廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院,廣東廣州510010;2.華南理工大學(xué),廣東廣州510641) 摘要:針對(duì)大型焊接空心球在珠江新城鋼桁架人行天橋支座節(jié)點(diǎn)的首次應(yīng)用,對(duì)其采用有限元 軟件fea進(jìn)行分析,得到該 節(jié)點(diǎn)在正常使用狀態(tài)下的應(yīng)力分布規(guī)律以及節(jié)點(diǎn)的極限承載能力,為大型焊接空心球節(jié)點(diǎn)在 工程上的應(yīng)用提供了可靠的理 論依據(jù),并對(duì)這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提出了建議. 關(guān)鍵詞:鋼桁架;焊接空心球節(jié)點(diǎn);彈塑性 中圖分類號(hào):u448.11文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:b文章編號(hào):1009—7716(2011)11—0038—03 0引言 2010年11月,亞運(yùn)會(huì)在中國(guó)廣州舉辦.珠江 新城4座人行天橋

針對(duì)大型焊接空心球在珠江新城鋼桁架人行天橋支座節(jié)點(diǎn)的首次應(yīng)用,對(duì)其采用有限元軟件fea進(jìn)行分析,得到該節(jié)點(diǎn)在正常使用狀態(tài)下的應(yīng)力分布規(guī)律以及節(jié)點(diǎn)的極限承載能力,為大型焊接空心球節(jié)點(diǎn)在工程上的應(yīng)用提供了可靠的理論依據(jù),并對(duì)這類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提出了建議。

帶加勁肋焊接空心球節(jié)點(diǎn)足尺試驗(yàn)研究——為滿足某體育場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋設(shè)計(jì)需要，對(duì)屋蓋的帶加勁肋焊接空心球節(jié)點(diǎn)(共12個(gè))進(jìn)行軸向拉、壓足尺模型試驗(yàn)和分析。通過(guò)試驗(yàn)研究，得到加載過(guò)程中節(jié)點(diǎn)球身和鋼管表面各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變與荷載的關(guān)系。通過(guò)分析大直徑球節(jié)點(diǎn)鋼管...

焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算公式研究——進(jìn)行了焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載力的有限元分析,用完成的試驗(yàn)和相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)多種直徑焊接空心球節(jié)點(diǎn)承載能力進(jìn)行了試驗(yàn)研究,分析了受壓失穩(wěn)破壞和受拉剪切破壞的特點(diǎn),詳細(xì)披露了用貼片云紋干涉法進(jìn)行的焊接空心球節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布的...

針對(duì)方鋼管柔性法蘭連接,在由屈服線理論推導(dǎo)得到的公式基礎(chǔ)上,通過(guò)有限元分析,揭示了影響節(jié)點(diǎn)連接承載力的因素。

焊接空心球節(jié)點(diǎn)連接輸電線路大跨越鋼管塔構(gòu)件是一種比較理想的節(jié)點(diǎn)處理方式,但常規(guī)的球節(jié)點(diǎn)承載力計(jì)算理論對(duì)于超大直徑薄壁焊接空心球節(jié)點(diǎn)無(wú)法適用。結(jié)合舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)特大跨越輸電高塔工程設(shè)計(jì)實(shí)例,通過(guò)非線性有限元分析,對(duì)無(wú)加勁肋和加勁空心球節(jié)點(diǎn)的受力特性、破壞形態(tài)和極限承載能力進(jìn)行研究,并通過(guò)對(duì)正交試驗(yàn)結(jié)果的方差分析指出加勁肋各因素對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力水平的影響,研究結(jié)果對(duì)工程設(shè)計(jì)有較好的指導(dǎo)意義。

通過(guò)有限元軟件ansys對(duì)設(shè)有雙t加勁板連接件的方鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了空間非線性分析,研究節(jié)點(diǎn)區(qū)在單調(diào)荷載和低周反復(fù)荷載作用下的受力機(jī)理,指出方鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點(diǎn)具有優(yōu)良的延性及耗能能力,且加勁板的設(shè)置有效地降低了節(jié)點(diǎn)區(qū)的應(yīng)力集中。

新型方鋼管混凝土柱梁節(jié)點(diǎn)有限元分析——結(jié)合現(xiàn)行鋼管混凝土柱在實(shí)際工程中的應(yīng)用情況，提出了用于方鋼管混凝土柱一鋼筋混凝土梁框架結(jié)構(gòu)的新型節(jié)點(diǎn)連接形式——非穿心暗鋼牛腿方鋼管混凝土柱與混凝土梁節(jié)點(diǎn)，利用有限元軟件ansys對(duì)該節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能進(jìn)行了分析...

在大量節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,提出了一種新型方鋼管混凝土柱梁節(jié)點(diǎn),通過(guò)有限元軟件ansys對(duì)該節(jié)點(diǎn)模型在單調(diào)和循環(huán)加載作用下的受力性能進(jìn)行了非線性分析,研究表明:該節(jié)點(diǎn)的延性和耗能能力較好,抗震性能良好。

為了研究焊接t型方鋼管節(jié)點(diǎn)的滯回性能,從而進(jìn)一步為研究方鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能打下基礎(chǔ),對(duì)軸向往復(fù)荷載作用下t型方鋼管節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了有限元建模和分析。通過(guò)有限元分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):焊接方鋼管節(jié)點(diǎn)的滯回曲線較為飽滿,表明該節(jié)點(diǎn)在承受地震等強(qiáng)動(dòng)力荷載作用下具有較好的耗能性。

平面圓鋼管k型搭接節(jié)點(diǎn)是鋼管結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)主要形式之一,國(guó)內(nèi)外對(duì)圓鋼管k型搭接相貫節(jié)點(diǎn)隱藏焊縫焊接與否對(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響研究相對(duì)較少,我國(guó)現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)此也未作明確要求.為了了解圓鋼管k型搭接節(jié)點(diǎn)的隱藏焊縫焊接對(duì)節(jié)點(diǎn)極限承載力的影響,利用ansys有限元法分析了搭接節(jié)點(diǎn)隱藏焊縫在焊與不焊2種不同焊接方式下的受力性能.總結(jié)了支主管直徑比、主管徑厚比、支主管壁厚比以及內(nèi)隱藏焊縫焊接狀況等因素對(duì)節(jié)點(diǎn)極限承載力的影響,以供工程設(shè)計(jì)人員參考.

方管法蘭連接的研究在國(guó)內(nèi)幾乎是空白,國(guó)內(nèi)外的相關(guān)資料中也沒(méi)有給出成熟的設(shè)計(jì)方法.在由屈服線理論推導(dǎo)得到的理論公式基礎(chǔ)上,利用通用有限元軟件ansys,分別對(duì)無(wú)加勁和有加勁方鋼管法蘭連接的承載性能進(jìn)行了有限元分析,驗(yàn)證了理論公式的正確性與準(zhǔn)確性.利用有限元計(jì)算結(jié)果,分析了螺栓個(gè)數(shù)n,法蘭板厚度t以及螺栓邊距參數(shù)η等參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài)和承載力的影響.提出如下設(shè)計(jì)建議:螺栓布置越接近鋼管壁越好;提高無(wú)加勁和有加勁方鋼管法蘭連接節(jié)點(diǎn)承載力的最有效途徑分別是增加螺栓個(gè)數(shù)和增加法蘭板厚度;在無(wú)加勁法蘭連接能滿足承載力要求的條件下,應(yīng)盡量避免采用有加勁法蘭連接.

對(duì)內(nèi)隔板式方鋼管混凝土柱-鋼梁栓焊連接節(jié)點(diǎn)提出了三種新型的梁端削弱方式,應(yīng)用通用程序ansys對(duì)其進(jìn)行三維非線性有限元分析,將計(jì)算結(jié)果與無(wú)削弱節(jié)點(diǎn)、狗骨式節(jié)點(diǎn)的分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明:翼緣開(kāi)孔和翼緣腹板同時(shí)開(kāi)孔的削弱方式能使梁端塑性鉸明顯外移,防止連接節(jié)點(diǎn)脆性破壞,可供實(shí)際工程設(shè)計(jì)參考。

為了解軸力、彎矩及兩者共同作用下矩形鋼管焊接空心球節(jié)點(diǎn)的受力性能與承載能力,進(jìn)行了有限元分析和試驗(yàn)研究.采用理想彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、von-mises屈服準(zhǔn)則,建立了基于幾何非線性的有限元模型,對(duì)承受軸力、彎矩及它們共同作用的矩形鋼管焊接球節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的有限元參數(shù)分析.對(duì)4個(gè)典型足尺節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究,直觀了解節(jié)點(diǎn)的受力性能和破壞機(jī)理,并驗(yàn)證了有限元模型的可靠性.研究表明,軸力和彎矩共同作用的焊接球節(jié)點(diǎn)的軸力-彎矩相關(guān)關(guān)系與節(jié)點(diǎn)的幾何參數(shù)無(wú)關(guān),極大地簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)承載力的計(jì)算方法.

本文考慮了球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)架中角焊縫的受力性質(zhì)、強(qiáng)度條件以及焊縫實(shí)際的受力面積，導(dǎo)出了角焊縫與鋼管的等強(qiáng)條件，可以認(rèn)為是現(xiàn)行規(guī)程、規(guī)范的發(fā)展和補(bǔ)充。

對(duì)方鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁連接的半連通芯鋼管節(jié)點(diǎn)在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能進(jìn)行有限元分析。分析結(jié)果顯示,節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)芯鋼管及環(huán)箍對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度的補(bǔ)充,使得該節(jié)點(diǎn)具有較好的強(qiáng)度和延性。由滯回性能分析可知,該類節(jié)點(diǎn)的滯回曲線呈紡錘形,具有較好的耗能能力。

為了分析方鋼管鋼骨混凝土軸壓柱的工作機(jī)理,采用ansys有限元軟件對(duì)其軸壓柱受力進(jìn)行了全過(guò)程數(shù)值模擬.結(jié)果表明,采用修正的方鋼管內(nèi)核心約束混凝土本構(gòu)關(guān)系模型可以很好地模擬極限承載力及峰值應(yīng)變;有限單元在發(fā)生highdistortion以前的下降段與試驗(yàn)曲線變化基本一致,但其后的變形不能代表真實(shí)的受力狀態(tài).因此,利用ansys進(jìn)行鋼管鋼骨高強(qiáng)混凝土的彈性與彈塑性分析結(jié)構(gòu)是可行的.

方鋼管混凝土柱局部屈曲有限元分析——主要分析了在偏心荷載作用下，方形鋼管混凝土柱局部臨界失穩(wěn)應(yīng)力ocr的變化情況，并采用ansys有限元軟件對(duì)其進(jìn)行了模擬分析，得出有限元分析結(jié)果與計(jì)算結(jié)果有一定偏差，但隨著應(yīng)力梯度系數(shù)妒的增加，局部臨界屈曲應(yīng)力都呈...

以核心膨脹混凝土的膨脹效應(yīng)等效為普通混凝土與溫度場(chǎng)耦合產(chǎn)生的膨脹效應(yīng),借助有限元分析軟件abaqus,考慮材料本構(gòu)關(guān)系的非線性以及受力過(guò)程中材料poisson比的變化等因素,建立了方鋼管膨脹混凝土短柱在軸心壓力作用下的非線性有限元計(jì)算等效模型,討論了鋼管與核心膨脹混凝土之間的接觸壓力、荷載對(duì)核心膨脹混凝土縱向應(yīng)力分布的影響以及鋼管對(duì)核心膨脹混凝土的約束效應(yīng)等問(wèn)題。研究結(jié)果表明,當(dāng)軸壓荷載接近極限荷載時(shí),鋼管對(duì)核心混凝土開(kāi)始產(chǎn)生約束效應(yīng),約束壓力迅速增大,且約束效應(yīng)主要集中在兩對(duì)角區(qū)域。