方鋼管焊接空心球節(jié)點有限元分析

國家游泳中心"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。本文的主要目的是通過試驗研究軸力、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個節(jié)點。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)點模型試驗過程,包括為實現(xiàn)軸力與彎矩共同作用的荷載條件而設(shè)計的試件、加載裝置以及測點布置、加載方案等。對于模型的應(yīng)力發(fā)展過程及試驗結(jié)果,也逐一進行了分析。試驗結(jié)果表明,有限元計算的可靠性是有保證的;節(jié)點承載力隨彎矩的增大而減小。

國家游泳中心“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)點則主要采用焊接空心球節(jié)點。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,同時考慮幾何非線性的有限元分析模型,并對承受軸力、彎矩及兩者共同作用的方鋼管焊接球節(jié)點進行了大量的有限元參數(shù)分析。對軸力和彎矩共同作用的焊接球節(jié)點,其軸力-彎矩相關(guān)關(guān)系與節(jié)點的幾何參數(shù)(包括空心球的球徑、壁厚及鋼管邊長)無關(guān)。對若干典型節(jié)點進行了試驗研究,直觀了解節(jié)點的受力性能和破壞機理,并驗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)點承載力簡化理論解,從而得到節(jié)點承載力計算公式的基本形式。最后,綜合簡化理論解、有限元分析和試驗研究的結(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)點承載力的實用計算公式,其中,對軸力和彎矩共同作用的節(jié)點,提出以軸力設(shè)計時考慮彎矩作用(或以彎矩設(shè)計時考慮軸力作用)的影響系數(shù)的概念,并給出了計算公式,可供實際工程設(shè)計采用,也可供相關(guān)規(guī)程修訂時參考。

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)點分析 陳海斌,陳偉,鄭文杰 (1.廣東省建筑設(shè)計研究院,廣東廣州510010;2.華南理工大學(xué),廣東廣州510641) 摘要:針對大型焊接空心球在珠江新城鋼桁架人行天橋支座節(jié)點的首次應(yīng)用,對其采用有限元 軟件fea進行分析,得到該 節(jié)點在正常使用狀態(tài)下的應(yīng)力分布規(guī)律以及節(jié)點的極限承載能力,為大型焊接空心球節(jié)點在 工程上的應(yīng)用提供了可靠的理 論依據(jù),并對這類節(jié)點的設(shè)計提出了建議. 關(guān)鍵詞:鋼桁架;焊接空心球節(jié)點;彈塑性 中圖分類號:u448.11文獻標(biāo)識碼:b文章編號:1009—7716(2011)11—0038—03 0引言 2010年11月,亞運會在中國廣州舉辦.珠江 新城4座人行天橋

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

帶加勁肋焊接空心球節(jié)點足尺試驗研究——為滿足某體育場館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋設(shè)計需要，對屋蓋的帶加勁肋焊接空心球節(jié)點(共12個)進行軸向拉、壓足尺模型試驗和分析。通過試驗研究，得到加載過程中節(jié)點球身和鋼管表面各測點的應(yīng)變與荷載的關(guān)系。通過分析大直徑球節(jié)點鋼管...

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

針對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,通過有限元分析,揭示了影響節(jié)點連接承載力的因素。

焊接空心球節(jié)點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)點處理方式,但常規(guī)的球節(jié)點承載力計算理論對于超大直徑薄壁焊接空心球節(jié)點無法適用。結(jié)合舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)特大跨越輸電高塔工程設(shè)計實例,通過非線性有限元分析,對無加勁肋和加勁空心球節(jié)點的受力特性、破壞形態(tài)和極限承載能力進行研究,并通過對正交試驗結(jié)果的方差分析指出加勁肋各因素對節(jié)點承載力水平的影響,研究結(jié)果對工程設(shè)計有較好的指導(dǎo)意義。

通過有限元軟件ansys對設(shè)有雙t加勁板連接件的方鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點進行了空間非線性分析,研究節(jié)點區(qū)在單調(diào)荷載和低周反復(fù)荷載作用下的受力機理,指出方鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點具有優(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)點區(qū)的應(yīng)力集中。

新型方鋼管混凝土柱梁節(jié)點有限元分析——結(jié)合現(xiàn)行鋼管混凝土柱在實際工程中的應(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，利用有限元軟件ansys對該節(jié)點的力學(xué)性能進行了分析...

在大量節(jié)點試驗研究的基礎(chǔ)上,提出了一種新型方鋼管混凝土柱梁節(jié)點,通過有限元軟件ansys對該節(jié)點模型在單調(diào)和循環(huán)加載作用下的受力性能進行了非線性分析,研究表明:該節(jié)點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)點的滯回性能,從而進一步為研究方鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能打下基礎(chǔ),對軸向往復(fù)荷載作用下t型方鋼管節(jié)點進行了有限元建模和分析。通過有限元分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):焊接方鋼管節(jié)點的滯回曲線較為飽滿,表明該節(jié)點在承受地震等強動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)點是鋼管結(jié)構(gòu)節(jié)點主要形式之一,國內(nèi)外對圓鋼管k型搭接相貫節(jié)點隱藏焊縫焊接與否對節(jié)點承載力的影響研究相對較少,我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范對此也未作明確要求.為了了解圓鋼管k型搭接節(jié)點的隱藏焊縫焊接對節(jié)點極限承載力的影響,利用ansys有限元法分析了搭接節(jié)點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節(jié)點極限承載力的影響,以供工程設(shè)計人員參考.

方管法蘭連接的研究在國內(nèi)幾乎是空白,國內(nèi)外的相關(guān)資料中也沒有給出成熟的設(shè)計方法.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,分別對無加勁和有加勁方鋼管法蘭連接的承載性能進行了有限元分析,驗證了理論公式的正確性與準(zhǔn)確性.利用有限元計算結(jié)果,分析了螺栓個數(shù)n,法蘭板厚度t以及螺栓邊距參數(shù)η等參數(shù)對節(jié)點破壞形態(tài)和承載力的影響.提出如下設(shè)計建議:螺栓布置越接近鋼管壁越好;提高無加勁和有加勁方鋼管法蘭連接節(jié)點承載力的最有效途徑分別是增加螺栓個數(shù)和增加法蘭板厚度;在無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.

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

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)點的受力性能與承載能力,進行了有限元分析和試驗研究.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,對承受軸力、彎矩及它們共同作用的矩形鋼管焊接球節(jié)點進行了大量的有限元參數(shù)分析.對4個典型足尺節(jié)點進行了試驗研究,直觀了解節(jié)點的受力性能和破壞機理,并驗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)點的軸力-彎矩相關(guān)關(guān)系與節(jié)點的幾何參數(shù)無關(guān),極大地簡化節(jié)點承載力的計算方法.

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

對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)點在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能進行有限元分析。分析結(jié)果顯示,節(jié)點核心區(qū)內(nèi)芯鋼管及環(huán)箍對節(jié)點強度的補充,使得該節(jié)點具有較好的強度和延性。由滯回性能分析可知,該類節(jié)點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理,采用ansys有限元軟件對其軸壓柱受力進行了全過程數(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曲線變化基本一致,但其后的變形不能代表真實的受力狀態(tài).因此,利用ansys進行鋼管鋼骨高強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有限元軟件對其進行了模擬分析，得出有限元分析結(jié)果與計算結(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、荷載對核心膨脹混凝土縱向應(yīng)力分布的影響以及鋼管對核心膨脹混凝土的約束效應(yīng)等問題。研究結(jié)果表明,當(dāng)軸壓荷載接近極限荷載時,鋼管對核心混凝土開始產(chǎn)生約束效應(yīng),約束壓力迅速增大,且約束效應(yīng)主要集中在兩對角區(qū)域。