圓鋼管混凝土K型焊接管板節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)和有限元分析

圓鋼管混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)有限元分析

http://www.***.*** -1- 軸壓圓鋼管混凝土柱有限元分析 楊成臣 武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，武漢（430070） e-mail：syncimaster@hotmail.com 摘要：通過優(yōu)選合理的本構(gòu)關(guān)系和單元屬性，對(duì)鋼管混凝土柱進(jìn)行了非線性有限元分析。 其中鋼管采用理想彈塑性本構(gòu)關(guān)系模型，核心混凝土采用約束混凝土本構(gòu)關(guān)系模型。數(shù)值分 析中分析了6個(gè)圓鋼管混凝土柱在軸向壓力作用下的靜力性能，分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較 好，證實(shí)了該模型的合理性，可為今后的分析提供一定的參考。 關(guān)鍵詞：圓鋼管混凝土柱，有限元分析，極限承載力 1.前言 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已在現(xiàn)代建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，其基本力學(xué)性能的研究在國(guó)內(nèi)外均 取得了豐富的成果。在非線性數(shù)值分析方面，由于鋼管混凝土是一種組合材料，鋼管與混凝 土的組合作用，以及混凝土本身的本構(gòu)關(guān)

在海洋平臺(tái)工程結(jié)構(gòu)中,管道結(jié)構(gòu)的疲勞壽命的研究相當(dāng)多。海洋工程在受到海水的腐蝕和海浪的打擊下,疲勞問題非常的突出。中國(guó)海上平臺(tái)管節(jié)點(diǎn)研究委員會(huì)對(duì)疲勞問題做了很多的試驗(yàn)和分析。同樣的,在公路交通中橋梁的疲勞問題也很突出,鋼管混凝土橋梁的基礎(chǔ)是解決鋼管桁架焊接節(jié)點(diǎn)疲勞的問題,本文進(jìn)行疲勞試驗(yàn)及有限無分析。

鋼管混凝土有限元分析進(jìn)展——簡(jiǎn)要總結(jié)了近年來國(guó)內(nèi)學(xué)者采用有限元法研究鋼管混凝土力學(xué)性能的部分成果，并指出隨著高強(qiáng)度、高性能材料的逐步應(yīng)用，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的研究將繼續(xù)深入，而有限元法作為分析該結(jié)構(gòu)的有效工具將得到更廣泛的使用。

為研究鋼管混凝土柱在側(cè)向沖擊荷載作用下的受力性能,通過對(duì)圓鋼管混凝土柱進(jìn)行橫向落錘沖擊試驗(yàn),獲得柱在沖擊荷載作用下的破壞形態(tài)、整體變形和應(yīng)變分布規(guī)律,分析了沖擊力和試件跨中撓度時(shí)程曲線的特征;并通過有限元分析,研究了鋼材和混凝土強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)圓鋼管混凝土柱力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi),隨著沖擊能量的增加,試件沖擊力峰值、跨中撓度峰值、沖擊持續(xù)時(shí)間增加;含鋼率較大試件的沖擊力峰值和沖擊力平臺(tái)值較大,跨中撓度峰值較小、沖擊持續(xù)時(shí)間較短;鋼材屈服強(qiáng)度對(duì)試件抗沖擊性能的影響較大,而混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)試件抗沖擊性能的影響則相對(duì)較小。

以實(shí)際工程中的圓鋼管kk型搭接節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ),利用ansys非線性有限元法建立分析模型并分析了該節(jié)點(diǎn)隱藏焊縫在焊與不焊2種不同焊接方式下的破壞模式,及搭接節(jié)點(diǎn)的支主管管徑比β、徑厚比γ、支主管厚度比τ等參數(shù)變化對(duì)節(jié)點(diǎn)極限承載力的影響.分析了在低周往復(fù)荷載作用下,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滯回性能,并給出了滯回曲線.搭接節(jié)點(diǎn)的ansys有限元分析結(jié)果表明,搭接節(jié)點(diǎn)的隱藏焊縫焊與不焊對(duì)節(jié)點(diǎn)最終破壞模式影響不大,對(duì)節(jié)點(diǎn)承載能力的影響也不是十分顯著,隱藏焊縫不焊接節(jié)點(diǎn)的滯回性能優(yōu)于隱藏焊縫焊接節(jié)點(diǎn).為了使節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單并便于施工,建議實(shí)際工程中的隱藏焊縫可以不焊接,此結(jié)論在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)研究中還需要進(jìn)一步的驗(yàn)證,以拓展該節(jié)點(diǎn)的反問題研究.

文章介紹了圓鋼管輕集料混凝土受彎構(gòu)件的有限元分析方法,在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,采用有限元軟件ansys對(duì)試驗(yàn)試件進(jìn)行模擬計(jì)算,并且分析了含鋼率、鋼材屈服強(qiáng)度和輕集料混凝土強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)構(gòu)件彎矩-曲率關(guān)系曲線的影響。計(jì)算分析結(jié)果表明,計(jì)算所得極限荷載和彎矩-曲率關(guān)系曲線與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好;含鋼率是影響構(gòu)件抗彎性能的主要因素;鋼材屈服強(qiáng)度對(duì)構(gòu)件的抗彎剛度影響很小,但對(duì)其抗彎承載力影響明顯;輕集料混凝土強(qiáng)度對(duì)圓鋼管輕集料混凝土構(gòu)件的抗彎承載力與抗彎剛度影響甚小。

基于5根圓銅管再生混凝土長(zhǎng)柱試驗(yàn)，選取了合理的本構(gòu)關(guān)系，利用大型通用有限元軟件abaqus對(duì)圓鋼管再生混凝土長(zhǎng)柱進(jìn)行了靜力加栽，并對(duì)比分析了模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果。在此基礎(chǔ)上對(duì)圓鋼管再生混凝土長(zhǎng)柱進(jìn)行了參數(shù)分析，研究了長(zhǎng)細(xì)比、取代率對(duì)圓鋼管再生混凝土長(zhǎng)柱受力性能的影響。結(jié)果表明，構(gòu)件的承栽力隨著長(zhǎng)細(xì)比的提高而降低，隨著取代率的提高呈先提高后降低的趨勢(shì)。

推導(dǎo)了考慮焊縫尺寸情況下圓鋼管x型節(jié)點(diǎn)環(huán)向模型的強(qiáng)度公式,通過有限元軟件ansys模擬分析了相貫節(jié)點(diǎn)的受力情況,并對(duì)焊接過程中出現(xiàn)焊瘤缺陷的情況提出建議。

介紹了新型現(xiàn)場(chǎng)施工無焊接鋼筋混凝土梁-鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn),并對(duì)其進(jìn)行了抗震性能試驗(yàn)研究,獲得了節(jié)點(diǎn)在柱頂?shù)椭芡鶑?fù)荷載下的滯回性能。試驗(yàn)結(jié)果表明,該新型節(jié)點(diǎn)具有良好的延性以及耗能能力,可以滿足工程需要,可代替外環(huán)板式鋼筋焊接節(jié)點(diǎn)使用。同時(shí),采用有限元分析方法,對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行了模擬,與試驗(yàn)獲得骨架曲線進(jìn)行結(jié)果對(duì)比,吻合良好。此外,基于節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)Ｐ透淖兞肆?、柱以及牛腿等相關(guān)參數(shù),分析不同參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)骨架曲線的影響,得到了節(jié)點(diǎn)的破壞模式以及影響因素。

圓鋼管混凝土不等偏壓柱的有限元計(jì)算——在實(shí)際工程中，圓鋼管混凝土柱兩端有可能承受偏心距不同的壓力。利用有限元軟件abaqus建模對(duì)圓鋼管混凝土不等偏壓柱的荷載一變形關(guān)系全過程進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與大量試驗(yàn)結(jié)果符合良好，這驗(yàn)證了該方法模擬圓鋼管混凝土...

應(yīng)用ansys有限元應(yīng)力分析軟件,根據(jù)鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定(hg20583-1998),分別建立了內(nèi)部施焊和外部施焊的內(nèi)伸入式接管與殼體間焊接接頭的模型,分析了焊接接頭處應(yīng)力分布情況,并對(duì)焊接接頭處的應(yīng)力進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,內(nèi)部施焊的整個(gè)焊縫x方向的應(yīng)力平均值大于外部施焊焊縫;外部施焊的整個(gè)焊縫y方向應(yīng)力水平略大于內(nèi)部施焊焊縫;內(nèi)部施焊焊縫等效應(yīng)力的應(yīng)力值小,但其高應(yīng)力區(qū)域范圍較大。

鋼管混凝土框架試驗(yàn)研究及有限元分析——本文進(jìn)行了鋼管混凝土框架試驗(yàn)，研究了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪切剛度和框架的整體側(cè)移；在ansys中建立框架的有限元模型，采用剛性單元模擬節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，采用彈簧單元模擬梁柱連接柔性，將分析得到的水平荷載一側(cè)移曲線與實(shí)測(cè)結(jié)...

軸壓t形鋼管混凝土芯柱試驗(yàn)與有限元分析——目的研究不同鋼管直徑對(duì)t形鋼管混凝土芯柱軸壓力學(xué)性能的影響，分析試件的破壞形態(tài)及鋼管、核心混凝土、外圍混凝土的應(yīng)力分布破壞情況．方法對(duì)3個(gè)不同鋼管直徑的t形鋼管混凝土芯柱進(jìn)行試驗(yàn)研究，在選擇合理的材料本構(gòu)...

主管內(nèi)填充混凝土的圓管桁架是一種新型結(jié)構(gòu),鑒于斷裂力學(xué)評(píng)估這種結(jié)構(gòu)疲勞性能的需要,該文探討了圓鋼管混凝土t型焊接節(jié)點(diǎn)在支管軸拉力作用下的應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算方法。首先,根據(jù)節(jié)點(diǎn)的熱點(diǎn)應(yīng)力分布和疲勞裂紋試驗(yàn)結(jié)果,提出了節(jié)點(diǎn)斷裂力學(xué)分析的半橢圓表面裂紋模型。其次,推導(dǎo)了主管、支管及混凝土等部分的參數(shù)變換公式,并通過ansys軟件中的apdl工具編制程序?qū)崿F(xiàn)了有限元建模、裂紋前沿奇異單元構(gòu)造;最后,采用位移外推法計(jì)算了應(yīng)力強(qiáng)度因子。計(jì)算結(jié)果表明:該文有限元分析模型是可靠的,數(shù)值方法計(jì)算帶表面裂紋的鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力強(qiáng)度因子是可行的。

軸壓T形鋼管混凝土芯柱試驗(yàn)與有限元分析

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加強(qiáng)環(huán)式鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)在工程中通常被當(dāng)作剛性節(jié)點(diǎn)。但實(shí)際上,完全的剛性連接是不存在的,該節(jié)點(diǎn)的梁柱連接剛度介于剛接與鉸接之間。為了獲得完整準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)連接剛度信息,主要運(yùn)用有限元工具并加以試驗(yàn)驗(yàn)證,探求影響梁柱連接剛度的各要素以及這些要素對(duì)連接剛度的影響程度。首先,利用有限元分析軟件ansys建立加強(qiáng)環(huán)式鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的有限元模型,并以試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性;然后,在經(jīng)過試驗(yàn)校核的有限元節(jié)點(diǎn)模型基礎(chǔ)上,作一系列改變節(jié)點(diǎn)域各個(gè)參數(shù)的分析,從而確定影響梁柱連接剛度的重要因素;最后,利用matlab將有限元數(shù)據(jù)擬合成描述該節(jié)點(diǎn)梁柱連接剛度通用的m—θ公式。

鋼管混凝土樁新型節(jié)點(diǎn)的有限元分析——介紹了新型鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)環(huán)的有限元分析計(jì)算結(jié)果，并與試驗(yàn)研究結(jié)果進(jìn)行了比較結(jié)果表明所建計(jì)算模型適用于鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)性能分析，且計(jì)算數(shù)據(jù)得到了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持從而從計(jì)算和實(shí)驗(yàn)兩方面均得出新型鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)滿...

介紹了脫空鋼管混凝土偏心受壓有限元建模方法,提出了偏心受壓脫空鋼管混凝土考慮脫空率影響的核心混凝土應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系,并利用ansys程序?qū)Σ煌摽章屎推穆实拿摽珍摴芑炷炼讨M(jìn)行非線性有限元計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明,脫空率和偏心率的增大明顯地削弱了鋼管對(duì)核心混凝土的套箍作用。最后,將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)有試驗(yàn)研究成果進(jìn)行對(duì)比分析,兩者的結(jié)果總體上吻合較好。

錐型變截面圓鋼管的彎壓扭有限元分析——桿端截面大中間小的錐型變截面桿件作為一種能夠承受軸力、彎矩、扭矩和剪力共同作用的構(gòu)件,既符合桿端彎矩大中間小的受力特點(diǎn),又減少了用鋼量,在新型空間結(jié)構(gòu)中的使用日益增加,但這方面的研究尚為數(shù)不多。本文利用通用有...

表1試驗(yàn)構(gòu)件尺寸 直徑d/mm 201.3 200.9 200.3 199.8 198.9 類型 空鋼管 鋼管混凝土 構(gòu)件 hc-200-2.0a hc-200-2.0b c-200-2.0a c-200-2.0b c-200-3.0 長(zhǎng)度l/mm 400.0 397.5 401.0 400.0 398.0 厚度t/mm 1.98 2.00 1.99 2.00 2.98 混凝土 concrete 金偉良，張翔，陳駒 （浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州310058） abstract:aseriesofstubcolumntestswereperformedonthin-walledcircleconcrete-filledtubes.thetestspecimensincludeshollowsteel tubesandc