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t型圆钢管相贯节点滞回性能研究

钢结构 2016年第5期31卷 12-15页

作者：魏科丰付伟飞长江大学工程技术学院湖北荆州434020

以拟静力试验为基础,分别对3个t型圆钢管相贯节点进行低周反复试验,主要研究t型圆钢管相贯节点平面内加载作用下的滞回性能、破坏模式、延性系数以及平面内弯曲刚度问题。通过观察3个试件的屈服和破坏现象,可知3个试件的破坏模式几乎相... 详细信息

以拟静力试验为基础,分别对3个t型圆钢管相贯节点进行低周反复试验,主要研究t型圆钢管相贯节点平面内加载作用下的滞回性能、破坏模式、延性系数以及平面内弯曲刚度问题。通过观察3个试件的屈服和破坏现象,可知3个试件的破坏模式几乎相同,均为支管相贯线区域焊接热影响区的撕裂破坏,试验结果表明:试件破坏的位置在支管处,焊接应力对节点的承载力有一定的影响。同时绘制滞回曲线,对节点的滞回性能进行分析和比较,分析节点相贯线附近的复杂应力情况,得出该处应力分布很不均匀:关于试件平面近似呈对称分布。随后求出了试件的节点转角的延性系数:无论是正向还是反向,3个试件的转角延性系数是依次增大的,这与主管的几何尺寸增大呈相同趋势。

关键词：钢管结构 t型圆钢管相贯节点滞回性能破坏模式

t型圆钢管相贯节点超低周疲劳断裂及极限承载力分析

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结构工程师 2021年第2期37卷 27-35页

作者：孟文清张翰阳尹越河北工程大学土木工程学院邯郸056038 天津大学建筑工程学院天津300072

根据试验建立了t型圆钢管相贯节点有限元模型,采用基于微观断裂机制的循环空穴扩张模型CVGM(cyclic void growth model)对t型圆钢管相贯节点进行韧性断裂预测,预测的断裂位置及断裂荷载与试验结果基本一致,验证了循环空穴扩张模型的准... 详细信息

根据试验建立了t型圆钢管相贯节点有限元模型,采用基于微观断裂机制的循环空穴扩张模型CVGM(cyclic void growth model)对t型圆钢管相贯节点进行韧性断裂预测,预测的断裂位置及断裂荷载与试验结果基本一致,验证了循环空穴扩张模型的准确性。结合基于CVGM的断裂扩展模型,编制VUMAt用户子程序,对t型圆钢管相贯节点的韧性断裂扩展进行了数值模拟,确定连接的最终失效模式为热影响区的撕裂破坏,该失效模式及其对应的极限承载力与试验结果相符。

关键词： t型圆钢管相贯节点韧性断裂循环空穴扩张模型断裂扩展极限承载力

基于扩展有限元的t型圆钢管相贯节点高周疲劳裂纹扩展研究

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基于扩展有限元的T型圆钢管相贯节点高周疲劳裂纹扩展研究

作者：秦天琦中国矿业大学

学位级别：硕士

相贯节点由钢管焊接而成,由于焊接处几何连续性的改变以及焊接时的初始缺陷与残余应力,焊缝成为节点的薄弱位置,在高周疲劳荷载的作用下焊缝处会产生疲劳裂纹并随着荷载循环次数的增加不断累积扩展,最终在节点处发生脆性破坏,导致整体... 详细信息

相贯节点由钢管焊接而成,由于焊接处几何连续性的改变以及焊接时的初始缺陷与残余应力,焊缝成为节点的薄弱位置,在高周疲劳荷载的作用下焊缝处会产生疲劳裂纹并随着荷载循环次数的增加不断累积扩展,最终在节点处发生脆性破坏,导致整体结构发生局部破坏,甚至引发连续性倒塌。为研究相贯节点高周疲劳裂纹扩展行为,建立了一种实现t型圆钢管相贯节点高周疲劳裂纹扩展数值模拟的方法,主要工作内容和成果如下:(1)基于扩展有限元法研究了基于扩展有限元的高周疲劳裂纹扩展程序,以板为对象,解决了板的疲劳裂纹扩展数值模拟。通过对含有静态斜裂纹和疲劳I型裂纹的二维壳体单元模型进行模拟,实现了裂纹扩展中应力强度因子的动态计算和线裂纹扩展路径的追踪。通过对含有疲劳I型贯穿裂纹和疲劳I型+II型混合裂纹的三维实体单元模型进行模拟,实现了应力强度因子的提取和贯穿裂纹扩展路径的追踪与更新。将模拟结果与解析值和试验对比,验证了模拟的有效性。(2)基于Abaqus二次开发技术开发了参数化建立t型圆钢管相贯节点数值模型的程序,该程序能够精确控制疲劳裂纹扩展区域的网格密度和网格质量,可以对空间曲率较大的焊缝进行精确建模。对所建模型进行数值模拟,将模拟所得的表面应力和试验对比,验证了采用此方法得到的相贯节点数值模型的准确性。(3)基于扩展有限元法开发了t型圆钢管相贯节点构件高周疲劳裂纹扩展程序,该程序解决了三维表面裂纹的追踪和更新,以及对裂纹投影模型网格的自动删除。将模拟结果与试验和既有规范CIDECt、API、DNVGL提供的S-N曲线对比。试验对比中,疲劳裂纹扩展速率、疲劳裂纹扩展路径、疲劳裂纹演化过程三个方面吻合度较高,疲劳寿命的误差为9.5%。规范对比中,模拟结果略高于规范曲线,与API最为接近。(4)从宏观角度出发,基于开发的t型圆钢管相贯节点高周疲劳裂纹扩展程序,研究几何参数对相贯节点高周疲劳行为的影响,发现无量纲几何参数的增大会降低相贯节点的疲劳寿命,但对裂纹扩展路径和相贯节点应力场分布规律的影响不显著。α值对含疲劳裂纹的相贯节点剩余承载力的影响不大,而β值和γ值的减小以及τ值的增大都会降低相贯节点的剩余承载力。(5)从微观角度出发,基于开发的t型圆钢管相贯节点高周疲劳裂纹扩展程序,研究不同初始裂纹尺寸对相贯节点高周疲劳行为的影响,发现裂纹尺寸的改变对裂纹前沿应力强度因子的分布规律的影响不大,但a/c的减小会增加相贯节点的疲劳寿命。

关键词：扩展有限元 t型圆钢管相贯节点高周疲劳裂纹扩展二次开发

基于微观断裂机制的t型圆钢管相贯节点性能研究

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基于微观断裂机制的T型圆钢管相贯节点性能研究

作者：张翰阳河北工程大学

学位级别：硕士

地震中钢结构的韧性断裂已经被证实为一种常见破坏模式,具有极大的危险性。圆钢管相贯节点由于其出色的性能被广泛应用于大跨空间结构之中,其中t型节点又是其中最基础应用最广的类型之一。在地震时,钢管结构的韧性断裂往往发生在节点区... 详细信息

地震中钢结构的韧性断裂已经被证实为一种常见破坏模式,具有极大的危险性。圆钢管相贯节点由于其出色的性能被广泛应用于大跨空间结构之中,其中t型节点又是其中最基础应用最广的类型之一。在地震时,钢管结构的韧性断裂往往发生在节点区域,而在目前的研究阶段,对于节点断裂预测的方面还未有比较公认的研究方法。现有的研究多集中于梁柱节点,采用的方法是以断裂力学为基础的宏观断裂理论为主,但是这种方法需遵循初始裂纹假定,仅适用于屈服程度有限的脆性断裂问题,不适用于大范围屈服无初始裂纹的韧性断裂问题。因此本文引入了更适用于相贯节点韧性断裂预测的微观断裂方法。本文首先介绍了在有限元中t型圆管相贯节点相贯线实体焊缝模型的建立方法,系统的解释了有限元中外部孤立网格应用子模型技术的原理,并对单元类型选取的原则进行了讨论;在此基础上采用有限元软件ABAQUS,通过VGM模型对不同尺寸的六组t型圆钢管相贯节点的极限承载力进行预测,并结合有限元计算结果与规范数值,分析影响节点极限承载力的参数因素;然后,采用CVGM模型对现有试验中超低周疲劳荷载作用下两组t型圆钢管相贯节点的开裂性能进行预测。并采用子程序模块VUSDFLD结合微观断裂判据的裂纹扩展模型进一步对裂纹扩展过程中的节点承载力性能进行分析。研究结果表明:（1）考虑相贯线实体焊缝的有限元模型可以通过精确建模,用以模拟实际节点的受力状态;（2）VGM模型可以很好的预测t型圆钢管相贯节点的断裂位置、时间以及极限承载力,与规范计算得到数值接近;（3）CVGM模型可以较为准确地得到t型圆钢管相贯节点的开裂时刻,但裂纹出现的时刻并不能代表节点失去承载力的时刻,裂纹出现的时刻早于节点破坏的时刻。而利用ABAQUS子程序VUSDFLD结合微观断裂判据的扩展模型可以对节点开裂后的性能进行较好地模拟,得到更为准确的结果,为研究断裂对于节点抗震性能的影响提供新的方法。

关键词： t型圆钢管相贯节点韧性断裂实体焊缝微观断裂判据裂纹扩展超低周疲劳有限元

海洋大气环境下t型圆钢管相贯节点高周疲劳性能研究

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海洋大气环境下T型圆钢管相贯节点高周疲劳性能研究

作者：张钊中国矿业大学

学位级别：硕士

沿海地区的钢结构,因空气中氯离子含量较多,极易产生锈蚀,且长期承受海浪荷载和风荷载的作用下,结构处于腐蚀疲劳状态,而目前相贯节点锈蚀疲劳作用下的破坏机理和力学性能方面的研究还很少。在此背景下,本文参考连云港海洋大气环境参数... 详细信息

沿海地区的钢结构,因空气中氯离子含量较多,极易产生锈蚀,且长期承受海浪荷载和风荷载的作用下,结构处于腐蚀疲劳状态,而目前相贯节点锈蚀疲劳作用下的破坏机理和力学性能方面的研究还很少。在此背景下,本文参考连云港海洋大气环境参数,进行t型圆钢管相贯节点海洋大气环境下的腐蚀疲劳性能研究,主要工作如下:(1)设定本试验海洋大气环境下加速锈蚀试验方案;设计t型圆钢管相贯节点试件,考虑三种锈蚀程度,进行三个取样周期的室内加速锈蚀试验;(2)基于锈蚀后圆钢管中取样进行力学拉伸试验,建立Q345B钢材锈蚀退化本构模型;基于不同锈蚀程度的t型圆钢管相贯节点支管轴力加载静力试验,测试分析相贯节点热点应力集中系数SCF值,得到了不同锈蚀程度下t型圆钢管相贯节点热点应力影响规律,并将分析结果与现有国外规范进行比较;(3)基于不同锈蚀程度的t型圆钢管相贯节点高周疲劳试验,得到了相贯节点疲劳过程中裂缝开展分布、刚度退化特征以及疲劳寿命,揭示了不同锈蚀程度的t型圆钢管相贯节点高周疲劳破坏规律;(4)基于有限元分析软件ABAQUS和疲劳分析软件FE-SAFE对不同锈蚀程度的t型圆钢管相贯节点试件建立与物理试验相同的节点模型,研究相贯节点热点应力分布规律和疲劳寿命,并与物理试验对比分析,以验证有限元分析的有效性。本文研究工作可对海洋环境下在役钢结构的安全性能评估提供可靠的依据,具有重要的现实意义。

关键词：海洋大气 t型圆钢管相贯节点热点应力集中系数疲劳性能

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弦杆弯折对圆钢管节点抗弯承载力的影响分析

山东建筑大学学报 2007年第5期22卷 380-386页

作者：陈誉彭兴黔陈荣淋华侨大学土木工程学院福建泉州362021

对弦杆为折杆的圆钢管t型相贯节点平面内抗弯极限承载力研究的必要性和国内外目前的研究现状作了简述。对该类节点的平面内抗弯承载力破坏准则做出了定义。通过弦杆为直杆的t型节点平面内抗弯承载力有限元计算结果与《空心管结构连接设... 详细信息

对弦杆为折杆的圆钢管t型相贯节点平面内抗弯极限承载力研究的必要性和国内外目前的研究现状作了简述。对该类节点的平面内抗弯承载力破坏准则做出了定义。通过弦杆为直杆的t型节点平面内抗弯承载力有限元计算结果与《空心管结构连接设计指南》计算值比较,认为可以利用经过试验验证的板壳有限元方法进行弦杆为折杆的t型节点平面内抗弯极限承载力分析。研究结果表明,随弦杆弯折角度Φ值的增大节点抗弯极限承载力增大,弯折角度30°以内可以忽略由于弦杆弯折带来的节点抗弯承载力提高。通过单参数分析各参数对平面内抗弯承载力的作用趋势和影响大小。在一定的几何参数条件下,节点抗弯承载力大于杆件抗弯承载力。

关键词： t型圆钢管相贯节点直杆折杆平面内抗弯承载力有限元分析

弦杆为折杆t型圆钢管节点抗弯刚度试验与有限元分析

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南昌大学学报（工科版） 2007年第3期29卷 283-286,290页

作者：陈誉彭兴黔陈荣淋华侨大学土木工程学院福建泉州362021

以t型原钢管节点抗弯刚度试验研究为基础,对节点的非线性有限元建模方法进行了校验.揭示了影响节点抗弯刚度的主要参数以及这些参数与抗弯刚度的关系.建议改变传统的把节点简化为刚接或铰接的思想,在节点区域施加弹簧单元,这种方法应该... 详细信息

以t型原钢管节点抗弯刚度试验研究为基础,对节点的非线性有限元建模方法进行了校验.揭示了影响节点抗弯刚度的主要参数以及这些参数与抗弯刚度的关系.建议改变传统的把节点简化为刚接或铰接的思想,在节点区域施加弹簧单元,这种方法应该更接近于实际节点的受力情况.

关键词： t型圆钢管相贯节点折杆抗弯刚度有限元

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相贯桁架网格结构t型节点滞回性能研究

相贯桁架网格结构T型节点滞回性能研究

作者：张海风贵州大学

学位级别：硕士

钢管结构具有良好的抗震性能,对钢管结构低周循环荷载下的滞回性能的研究对抗震设计具有重要意义。相贯桁架网格结构采用相贯节点,具有杆件以及节点数量少、简洁美观、受力性能良好等优点。采用相贯节点的空间网格结构,在地震的作用下,... 详细信息

钢管结构具有良好的抗震性能,对钢管结构低周循环荷载下的滞回性能的研究对抗震设计具有重要意义。相贯桁架网格结构采用相贯节点,具有杆件以及节点数量少、简洁美观、受力性能良好等优点。采用相贯节点的空间网格结构,在地震的作用下,由于节点域首先发生屈服,其耗能主要由相贯节点的滞回性能确定。目前,国内外对相贯节点静力性能方面的研究较多,而对其在反复荷载作用下的滞回性能研究比较少。本文利用ANSYS有限元软件,对圆钢管t型相贯节点在反复荷载作用下的滞回性能进行具体的研究,为此类结构的抗震性能分析提供依据,主要研究内容如下:1、相贯节点的几何参数对节点滞回性能的影响。通过三组(每组三个)相贯节点模型,分别研究了τ(支主管管厚比t/t),γ(主管直径与厚度之比D/t),β(支主管直径之比d/D)对相贯节点滞回性能的影响。2、焊接残余应力对相贯节点滞回性能的影响。由两组(每组四个)相贯节点模型,比较考虑焊接残余应力和无焊接残余应力的相贯节点的滞回性能,分析了残余应力对滞回性能的影响。3、介绍了累积损伤的理论知识和六种不同的损伤评估模型。并以一个单元的损伤为例,选用沈祖炎提出的累积损伤模型,定性的演示了累积损伤对钢材材性的折减过程,可以看出考虑累积损伤将明显降低节点的滞回性能。4、设计18个不同几何尺寸的相贯节点,通过有限元分析,得到节点在反复荷载作用下的滞回曲线,由滞回曲线得到它们的骨架曲线,通过提取骨架曲线特征点的数据得到18个节点的特征值,通过多元线性回归分析和拟合分析得到滞回模型的特征点的参数公式,最终获得t型圆钢管相贯节点在循环荷载作用下的双线性滞回模型。

关键词： t型圆钢管相贯节点滞回性能残余应力几何参数累积损伤滞回模型