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H型钢-方支管t型相贯节点极限承载力与滞回性能分析

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H型钢-方支管T型相贯节点极限承载力与滞回性能分析

作者：王荣宾贵州大学

学位级别：硕士

钢结构凭借自身优异的力学性能、加工制作方便、截面易于打造等优点被广泛运用到机场航站楼、体育馆、海洋平台和高层建筑中。节点作为钢结构中的重要部位,影响着结构的承载能力和耗能能力,在实际工程中节点因承载力不足的问题也时常出... 详细信息

钢结构凭借自身优异的力学性能、加工制作方便、截面易于打造等优点被广泛运用到机场航站楼、体育馆、海洋平台和高层建筑中。节点作为钢结构中的重要部位,影响着结构的承载能力和耗能能力,在实际工程中节点因承载力不足的问题也时常出现,另外,近半个世纪来,世界各地地震频发,钢结构在地震中发生破坏的案例不在少数,且多数破坏都是始于节点破坏,可以说节点在地震用下的反应决定着结构的整体抗震性能,因此通过对节点的极限承载力和滞回性能的研究,来评价节点的力学性能是有必要的。本文研究的是H型钢-方支管t型相贯节点,通过有限元分析,对这种节点的极限承载力和滞回性能进行了研究,研究的主要内容如下:有限元模型的验证。对有限元分析后得到的滞回曲线、骨架曲线与试验结果进行拟合,发现有限元结果和实验结果整体吻合好,说明建立的有限元模型正确。为后续利用有限元软件对节点的极限承载力和滞回性能进行参数化分析提供依据。极限承载力研究。设计64个未加强型节点的有限元模型,用Abaqus软件分析完成后,得到各个模型的荷载位移曲线,首先用极限强度准则得到各节点的极限承载力,接着分析几何参数支管宽度与主管翼缘宽度比(β)、支管厚度与主管翼缘厚度比(γ)、主管翼缘宽厚比(η)对节点极限承载力的影响,然后将欧洲规范公式计算得到的极限承载力与有限元结果进行对比,并用Origin软件进行多元线性回归拟合,得到了计算此类t型节点极限承载力的建议公式,最后分析了节点的破坏模式和分布规律。滞回性能研究。设计36个未加强型和加强型节点的有限元模型,分为无加劲肋、有加劲肋和加劲肋内填充混凝土三类试件,每类试件3组,每组4个;通过有限元软件分析得到滞回曲线后,以此为基础,分析了几何参数β、γ、η对试件滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、累积能量耗散系数的影响,并通过应力云图分析节点的破坏模式,以此研究节点的滞回性能。

关键词： t型相贯节点有限分元析极限承载力滞回性能

圆钢管混凝土t型相贯节点支管受压静力性能研究

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圆钢管混凝土T型相贯节点支管受压静力性能研究

作者：兰奕飞西华大学

学位级别：硕士

钢管混凝土管节点作为钢管混凝土桁架中的重要组成部分,目前已经在国内外的建筑、桥梁、输电塔架、海洋平台中得到广泛的应用。主管内填混凝土增大了主管的径向刚度,钢管混凝土节点破坏时主管节点位置变形比较小,直接套用空心钢管节点... 详细信息

钢管混凝土管节点作为钢管混凝土桁架中的重要组成部分,目前已经在国内外的建筑、桥梁、输电塔架、海洋平台中得到广泛的应用。主管内填混凝土增大了主管的径向刚度,钢管混凝土节点破坏时主管节点位置变形比较小,直接套用空心钢管节点主管变形的承载力公式是偏于不合适的。目前针对圆钢管混凝土相贯节点静力性能的研究主要集中在不同的破坏模式下的节点承载力,计算结果往往偏于保守。实际工程中钢管混凝土管节点往往作为桁架出现,主要是钢管混凝土节点的主管有较大的挠曲变形,而仅考虑钢管混凝土主管抗弯承载力也比较保守,因此考虑将钢管混凝土管节点抗弯承载力作为节点破坏依据,在主管抗弯承载力的基础上加入支管的影响。本文通过试验对8个圆钢管混凝土t型相贯节点以及1个空心钢管t型相贯节点进行了在支管受压作用下的静力性能研究,基于试验数据建立了可靠的有限元模型。研究了钢材强度、混凝土强度、混凝土填充主管的长度、支主管管径比β、支主管厚度比τ、主管径厚比γ等参数的不同对节点承载力的影响。基于危险截面形成塑性铰作为极限的情况下,对钢管混凝土节点的抗弯承载力进行了相关的理论分析,推导了相关的计算公式。通过试验构件验算了提出的钢管混凝土受弯承载力可靠,提出的计算公式有一定的安全储备,分析了计算公式的计算结果与试验承载力存在着差距的主要原因。

关键词：钢管混凝土 t型相贯节点静力性能危险截面

圆钢管t型相贯节点面内弯曲刚度及等效支管长度分析

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四川建筑科学研究 2022年第1期48卷 18-24页

作者：尚仁杰侯兆新中冶建筑研究总院有限公司北京100088

简述了国内外圆钢管t型相贯节点面内弯曲试验研究和理论研究现状。试验研究表明,节点位置支管达到承载力前,相贯节点局部变形与节点弯矩成线性关系,节点受力可以按线弹性考虑。本文以线弹性为基础,以某工程为背景,对圆钢管t型相贯节点... 详细信息

简述了国内外圆钢管t型相贯节点面内弯曲试验研究和理论研究现状。试验研究表明,节点位置支管达到承载力前,相贯节点局部变形与节点弯矩成线性关系,节点受力可以按线弹性考虑。本文以线弹性为基础,以某工程为背景,对圆钢管t型相贯节点面内弯曲进行了有限元分析。用壳单元模型考虑节点局部变形影响,用管单元模型考虑节点为刚接,根据2种模型计算结果得到了节点面内弯曲刚度值。为直观理解节点弯曲刚度,提出了等效支管长度的概念。通过改变主管壁厚、支管壁厚、支管直径等参数,研究了面内弯曲刚度、等效支管长度的变化规律,并对某工程实例进行了面内弯曲刚度和等效支管长度的计算分析。

关键词： t型相贯节点面内弯曲刚度等效支管长度节点抗弯性能有限元法

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t型不锈钢圆钢管相贯节点疲劳性能研究

T型不锈钢圆钢管相贯节点疲劳性能研究

作者：吴骏合肥工业大学

学位级别：硕士

不锈钢材料是具备优良力学性能和观赏性的高性能绿色建筑材料,能够让建筑美学与结构性能完美的结合起来,在建筑结构中有广阔的运用空间。钢管结构由于其造型美观、节点构造简单、受力性能好的优点,更是被广泛应用在建筑结构、海洋开发... 详细信息

不锈钢材料是具备优良力学性能和观赏性的高性能绿色建筑材料,能够让建筑美学与结构性能完美的结合起来,在建筑结构中有广阔的运用空间。钢管结构由于其造型美观、节点构造简单、受力性能好的优点,更是被广泛应用在建筑结构、海洋开发、机械等行业中。当前,国内外关于不锈钢钢管相贯节点力学性能的研究成果日益颇丰,而对于不锈钢钢管相贯节点疲劳性能的相关研究依旧十分匮乏,这在一定程度上也是不锈钢结构推广应用上的技术缺失。基于上述背景,本课题以t型不锈钢圆钢管相贯节点为研究对象,采用试验、有限元分析、参数分析等方法,对相贯节点试件展开研究:(1)截取试验中的不锈钢原材进行拉伸试验,得到了不锈钢材料的力学性能指标,为后续有限元分析提供可靠的材料参数。(2)对四个t型不锈钢圆钢管相贯节点进行应力集中系数实验,得到了相贯节点焊缝周围的梯度应变分布规律及最大热点应力位置,在此基础上,使用数学外推法得到主支管鞍点与冠点的应力集中系数。(3)对四个t型不锈钢圆钢管相贯节点进行疲劳性能实验,得到其在轴向常幅疲劳荷载下,节点的裂纹萌生位置、裂纹扩展规律、疲劳寿命及加载过程中的刚度退化特点,揭示其疲劳破坏规律。(4)通过有限元软件ANSYS Workbench和疲劳分析软件n Code Design-Life对t型不锈钢圆钢管相贯节点进行有限元模拟计算,作为应力集中系数试验、疲劳试验的验证和补充。(5)扩大模拟经过论证的有限元模型,得到不同无量纲参数对节点应力集中系数的影响规律。基于参数分析,得到了具有良好精确度的t型不锈钢圆钢管相贯节点应力集中系数参数公式。

关键词：不锈钢 t型相贯节点应力集中系数疲劳性能有限元分析参数公式

设置加劲肋圆钢管t型相贯节点面内抗弯承载力试验研究及模拟分析

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工业建筑 2018年第7期48卷 135-139,159页

作者：李晨张大长李布辉扬州工业职业技术学院江苏扬州225000 南京工业大学土木工程学院南京210018

为提高相贯节点的承载力和疲劳寿命,在节点区域设置加劲肋,开展设置加劲肋t型圆钢管相贯节点面内抗弯承载力的试验研究,探讨了设置加劲肋t型相贯节点的破坏模式、应变发展规律和抗弯承载力特性;试验中主管受压侧加劲肋附近应变发展较快... 详细信息

为提高相贯节点的承载力和疲劳寿命,在节点区域设置加劲肋,开展设置加劲肋t型圆钢管相贯节点面内抗弯承载力的试验研究,探讨了设置加劲肋t型相贯节点的破坏模式、应变发展规律和抗弯承载力特性;试验中主管受压侧加劲肋附近应变发展较快,当节点荷载临近极限承载力时,节点主管受压侧加劲肋附近发生明显凹陷的局部屈曲,同时加劲肋发生面外弯曲失稳;设置加劲肋节点面内抗弯承载力比无加劲肋节点承载力明显提高,说明设置加劲肋后有效提高了节点抵抗变形的能力,增加了节点的刚度和强度,使节点承载力有大幅度的提升。同时,开展相贯节点的非线性有限元模拟,分析得到节点的失效模式、承载力与试验均吻合较好。基于非线性有限元模拟,考察加劲肋布置方式对抗弯承载力的影响,提出了合理的加劲肋布置方式。

关键词：加劲肋 t型相贯节点局部屈曲平面内抗弯承载力

钢管拱桥t型相贯节点焊接残余应力数值模拟分析

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钢管拱桥T型相贯节点焊接残余应力数值模拟分析

作者：张宁辉西南交通大学

学位级别：硕士

钢结构以其刚度高、自重轻、易于施工、抗震性能好等优点,一直是被广泛采用的一种工程结构,近百年来得到了快速的发展。钢管由于其结构简单、抗疲劳、抗冲击能力较强,也成为了工程师青睐的对象,随着钢管结构和钢管—混凝土组合结构广泛... 详细信息

钢结构以其刚度高、自重轻、易于施工、抗震性能好等优点,一直是被广泛采用的一种工程结构,近百年来得到了快速的发展。钢管由于其结构简单、抗疲劳、抗冲击能力较强,也成为了工程师青睐的对象,随着钢管结构和钢管—混凝土组合结构广泛应用,也开始尝试钢管桁架拱桥。钢管的连接普遍采用焊接,但由于焊接残余应力的存在,可能会导致焊缝处结构性能的降低,譬如降低了结构的抗疲劳、抗应力腐蚀能力和稳定性能等。同时焊接残余变形也直接影响构件的加工精度,进而影响构件的受力稳定性。因此对于重大得桥梁工程钢结构,从经济、安全等方面考虑,对焊接结构的残余应力和变形分布规律的准确认识和控制变得尤为重要。首先,本文阐述了焊接残余应力的概念和产生的原因及对焊接结构的影响,综述了焊接残余应力数值模拟技术的特点以及温度场、应力场的研究历史和发展。其次,对焊接的传热过程进行了理论分析,并介绍了温度场和应力场有限元计算方法。然后,基于ANSYS对钢管结构最常用的t型相贯节点的焊接温度场和应力场进行了三维有限元数值模拟,对单元类型的选择、网格尺寸的划分、时间步长的选择以及边界条件的选取进行了研究。采用形状规则的无中间节点的三维实体六面体单元,在近热源区域采用极细网格,远离热源区域则采用稀疏网格,用相对局部坐标实现焊接热源的加载,用单元生死技术实现焊缝金属填充过程的模拟。采用双椭球热源模型模拟焊接热源,并通过ANSYS参数化设计语言APDL编程实现了模拟热源移动,得出了t型相贯节点的焊接温度场、残余应力及应变的分布规律,与经典理论相符合。最后,通过参数变化法分析热源参数、焊接速度以及焊缝宽度对焊接残余应力和变形的影响,为焊接工艺改进和焊接结构优化设计提供了重要依据。

关键词：焊接数值模拟残余应力残余变形温度场应力场 t型相贯节点

基于XFEM的t型相贯节点疲劳裂纹扩展数值研究

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基于XFEM的T型相贯节点疲劳裂纹扩展数值研究

作者：李微中国矿业大学

学位级别：硕士

t型圆钢管相贯节点作为一种应用于钻井平台、体育馆和航站楼等场所的基本支撑结构,并且长期处于如潮汐、海浪和风等交变循环荷载作用下,在一定的服役期后相贯节点极大可能呈现疲劳破坏的特征,这就需要对相贯节点展开疲劳裂纹扩展的研究... 详细信息

t型圆钢管相贯节点作为一种应用于钻井平台、体育馆和航站楼等场所的基本支撑结构,并且长期处于如潮汐、海浪和风等交变循环荷载作用下,在一定的服役期后相贯节点极大可能呈现疲劳破坏的特征,这就需要对相贯节点展开疲劳裂纹扩展的研究。本文借助Paris公式结合扩展有限元法对t型圆钢管极易产生的疲劳裂纹展开研究,主要涉及研究工作如下:（1）在考虑焊接圆管相交处几何复杂性的基础上,采用Python语言对接ABAQUS二次开发的前处理接口（MDB相关接口）编写自动生成t型焊接相贯节点有限元模型的高效建模程序,为类似焊接管结构建模提供一种较为省力和高效的解决方案;（2）对带初始裂纹的单向受拉板进行了裂纹扩展形态和应力强度因子计算分析。在不同初始裂纹尺寸、加载条件和试件几何参数等影响因素下,得出了XFEM计算解与解析解误差在3%范围内,精度满足要求,分析了裂尖单元的应力状态变化,从而验证了XFEM分析裂纹扩展行为的精确性和合理性;（3）应用XFEM探讨了t型圆钢管相贯节点疲劳初始裂纹尖端的应力强度因子在不同网格尺寸、初始裂纹角度下的应力强度因子的影响规律。分析结果表明,鞍点处初始裂纹角度不同,裂纹前沿应力强度因子分布规律大致相同,但是大小值有较大差异,垂直于主管壁厚方向（90°方向）的裂纹产生最大的应力强度因子值。在同一初始裂纹状态下,网格密度越大,应力强度因子达到稳定时的积分半径就越小;（4）针对t型圆钢管相贯节点可能发生疲劳破坏的位置,应用XFEM结合断裂力学疲劳裂纹扩展公式（Paris公式）,进行了裂纹尖端应力强度因子幅值和裂纹扩展增量的计算分析,得出节点在鞍点处的疲劳裂纹扩展寿命。（5）分析了初始裂纹位于鞍点位置处的扩展特点表现为:在裂纹未穿透主管壁厚之前的阶段,裂纹在径向和环向皆扩展较为缓慢,随着扩展的进行,径向的裂纹扩展速率低于环向的裂纹扩展速率,裂纹贯穿壁厚之前的裂纹扩展寿命占据了节点总疲劳扩展寿命的80%～95%;当裂纹贯穿整个主管壁厚以后,裂纹的扩展速率发生显著加大,直到裂纹扩展行为结束,节点发生失效。本论文有图56幅,表14个,参考文献82篇。

关键词： t型相贯节点扩展有限元法疲劳裂纹扩展 Paris公式

残余应力对t型圆管相贯节点承载力性能影响研究

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残余应力对T型圆管相贯节点承载力性能影响研究

作者：鄢秀庆重庆大学

学位级别：硕士

采用相贯节点的钢管桁架以其构造简洁,造型美观,抗扭性能良好等诸多优点被广泛应用于大跨空间结构中,如何确保节点的安全性是该类结构的主要研究课题。由于在节点处,各个支管是直接相焊的,焊接时高度集中的瞬时热输入,会在节点上产生相... 详细信息

采用相贯节点的钢管桁架以其构造简洁,造型美观,抗扭性能良好等诸多优点被广泛应用于大跨空间结构中,如何确保节点的安全性是该类结构的主要研究课题。由于在节点处,各个支管是直接相焊的,焊接时高度集中的瞬时热输入,会在节点上产生相当大的焊接残余应力,有时甚至会达到屈服强度,从而降低承载力,影响结构的安全性能。以往的节点研究往往忽略残余应力的影响,对相贯处进行简化处理。因此,研究残余应力对相贯节点承载力性能的影响是十分必要的。本文选取t型圆管相贯节点进行研究,利用ANSYS对焊接过程进行仿真分析。在模拟热源移动时,将环形焊缝单元分成十个小的时间段,利用ANSYS单元生死技术,逐步激活单元并施加热量,从而实现热源的移动,得到了任意时刻的温度场和应力场。为了研究残余应力对节点承载力性能影响,本文选取了24个不同几何参数的节点,对其进行加载,并分析承载力的变化。本文主要的研究工作如下:①考虑材料的热物理性能和力学性能随温度的变化、采用过渡网格划分形式划分网格以保证焊缝处网格足够细小、选取适当的计算时间步长、采用单元生死技术模拟焊接熔敷过程,建立了t型圆管相贯节点焊接温度场和焊接应力场三维移动热源有限元分析模型;②对不同时刻的焊接温度场分布情况以及不同点的热循环曲线进行分析比较,得出温度场分布的规律;③讨论了焊接过程中不同时刻的应力变化规律和焊后残余应力的分布规律。并分析了主管径厚比γ以及支管与主管直径比β对残余应力分布的影响。④讨论t型圆管相贯节点承载力在考虑与不考虑残余应力时承载力的差别,并分析残余应力对节点承载力性能影响随着主管径厚比γ以及支管与主管直径比β取不同值时有什么变化趋势。

关键词： t型相贯节点残余应力极限承载力有限元分析

垫板加强t型圆钢管相贯节点抗弯承载力有限元分析

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沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2012年第2期28卷 269-274页

作者：隋伟宁张信龙李帼昌沈阳建筑大学土木工程学院辽宁沈阳110168

目的研究采用垫板加强措施后t型圆钢管相贯节点抗弯承载能力的提高效果,以及不同的垫板参数对节点加强效果的影响,为该类节点的应用提供理论基础.方法利用有限元分析软件ABAQUS对承受弯矩作用的垫板加强t型圆钢管相贯节点进行弹塑性分析... 详细信息

目的研究采用垫板加强措施后t型圆钢管相贯节点抗弯承载能力的提高效果,以及不同的垫板参数对节点加强效果的影响,为该类节点的应用提供理论基础.方法利用有限元分析软件ABAQUS对承受弯矩作用的垫板加强t型圆钢管相贯节点进行弹塑性分析,研究垫板几何参数对垫板加强t型圆钢管相贯节点的弯矩-转角曲线的影响.结果λ在0.1～4.0变化时,对节点抗弯承载力的影响较大;Δ大于0.5倍的支管直径时,垫板长度的变化对节点极限抗弯承载力的影响可以忽略不计.垫板宽度对节点抗弯承载力略有影响,综合考虑取α=90°为宜.结论在普通相贯节点上设置垫板可以改善节点处的应力集中现象,提高节点的抗弯承载力.

关键词：钢结构 t型相贯节点垫板加强有限元分析抗弯承载力