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铸钢节点形式灵活,受力合理,目前已广泛应用于工程结构中,但关于其疲劳问题的研究还很少。铸钢节点的疲劳问题包含两部分内容:铸钢本身的疲劳和铸钢与钢管连接的环形对接焊缝的疲劳,因为铸钢部分的疲劳强度高于焊缝的疲劳强度,焊缝是整个节点疲劳问题的关键。本项目针对铸钢节点疲劳问题中的关键问题,即环形对接焊缝的疲劳强度试验和热点应力法计算进行研究。 (1)典型环形对接焊缝形式的疲劳试验。 根据国内常用的铸钢节点焊接形式,设计了两种不同的焊接细节进行了小试件疲劳试验。小试件为从铸钢与钢管环形对接构件中截取的一部分带焊缝的弧形试件。两种细节的焊缝试件共试验了21个应力级别的24根试件。根据Miner线性积累损伤准则和最小二乘法,拟合了两种铸钢节点环形对接焊缝的疲劳试验数据,得出两种焊缝细节的S-N曲线和P-S-N曲线。总结出了两种焊接细节的疲劳设计准则表,其中分别给出了两种焊接细节的疲劳极限和寿命曲线,并给出了焊接的具体构造形式及焊接过程中的质量要求。所获得的疲劳强度数据为工程中焊缝抗疲劳设计提供了参考。 试件疲劳断裂的断面分析结果显示,绝大部分试件的疲劳破坏均从焊根位置开始,与传统焊缝在焊趾位置起裂的破坏方式完全不同,这是由于焊缝两边铸钢与钢管的显著的厚度差造成的,这一结果为工程中铸钢节点环形对接焊缝的细节设计提供了参考。 (2)热点应力法在铸钢节点环形对接焊缝疲劳计算中的关键问题研究。 针对五种铸钢节点焊缝细节形式,进行了精细有限元分析,确定所有焊缝细节的应力值最大点均位于焊根处。 通过计算确定了不同焊缝形式的合理计算模型尺寸和合理模型网格尺寸。 基于国际通用的热点应力法和铸钢节点焊缝的有限元分析结果,推导了适用于计算焊根热点应力值的表面外推法和直接计算法。并对两种方法的计算结果进行了比较。 对热点应力法进行了参数分析,结果显示在相同边界条件和加载情况下,五种类型焊缝的焊根热点应力值均随着钢管壁厚和构件半径的减小而增加,并且几乎不随着垫板与焊缝间间隙大小的变化而改变。 计算了不同细节焊缝的焊根热点应力集中系数,并通过试验证明了其有效性。然后与本项目的铸钢节点焊缝疲劳试验结合,得到了两种类型焊缝的焊根热点应力寿命曲线(Shot-N)及其表达式。
由铸造工艺生产的铸钢节点,形式灵活,力学性能优良,正逐渐广泛应用于大跨空间结构中,并开始应用于承受疲劳载荷的结构中。其环形对接焊缝是整个节点疲劳问题的关键,对节点的疲劳行为起控制作用。作为新材料、新结构型式,目前关于这种环形对接焊缝的疲劳力学性能的研究还极少,疲劳数据远远不能满足工程需要。本项目首先解决此类焊缝的疲劳数据缺乏问题,研究此类焊缝的疲劳试验方法,进行大量基础疲劳试验,测出各种典型焊接细节的环形对接焊缝的S-N曲线。其次对热点应力法在此类焊缝疲劳计算中的应用进行研究,通过有限元技术与光弹试验技术相结合,解决热点应力法分析此类焊缝的关键问题,包括焊缝局部有限元网格尺寸;各种焊接细节的热点的位置和应力计算;给出工程应用的热点应力幅寿命曲线.本项目拟实现积累数据和建立数值分析方法的目标,以解决工程中急需的基础力学问题,推广铸钢节点这一新型工程材料和结构形式的应用,改善结构的疲劳性能。
角焊缝: 两焊件结合面构成直角或接近直角所焊接的焊缝,称为角焊缝。连接板件板边不必精加工,板件无缝隙,焊缝金属直接填充在两焊件形成的直角或斜角的区域内。如果一个焊接接头即有对接焊缝,又有角焊缝,这样的...
压力容器焊缝是根据受压与结构中受力状况分的 有 A B C D E F 六类 D类焊缝主要是接管、人孔圈、手孔盖、加强圈、法兰的与筒体或封头相接的T形和角接接头
一种提高高频直缝焊管焊缝综合力学性能的工艺方法,其特征在于:它包括步骤如下:1)中频加热:采用中频感应加热设备对焊缝进行在线热处理,将焊缝温度提高到Ac3+20~30℃后保温2~5s,所述中频感应加热...
厚钢板对接焊缝残余应力研究与分析
本文将主要针对厚钢板对接焊缝残余应力进行分析与研究,并采取恰当的残余应力控制及消除技术,将残余应力降到最低,从而达到提高钢结构的刚度以及安全性能的目的。
Q460C高强钢材对接焊缝的低温力学性能试验
Q460C高强钢材对接焊缝的低温力学性能试验
铸钢结点最早应用于机械工业,近年来已开始应用在建筑结构领域.铸钢结点不仅具有外形光滑美观的优点,而且刚度大,承载力高,特别适合复杂的受力情况以及一些大型的复杂结构中经常出现的多根构件多个方向汇交的节点.铸钢节点对于铸造工艺要求很高,目前对于铸造复杂的空心铸钢节点还有相当大的难度.铸钢结点在树枝结构中应用较多,如德国斯图加特国际机场航站楼的树枝支承结构.深圳文化中心的黄金树,是我国第一个采用国产铸钢节点的工程项目。
在潮流计算中,平衡节点一般在系统中只设一个。对这个节点,我们给定该点的电压幅值,并在计算中取该点电压向量的方向作为参考轴,相当于给定该点电压向量的角度为零度。因此,对这个节点给定的运行参数是V和
平衡节点的A相电压相位是系统的相位基准,最后计算结果中的所有相位值都是以平衡节点的A相电压相位作为参考的,所以平衡节点在系统中有且只有一个,它对系统起到功率平衡的作用,可以向系统提供缺损的功率,也可以吸收系统中多余的功率。
如果一个管理片区是一独立系统且只有一个电源点,则必须选此电源点为平衡节点。
平衡节点选择要点:电压等级高、负荷相对集中 。
目的:
钢框架焊接梁柱节点在地震作用下往往容易产生脆性裂纹,裂纹的发展和损伤累积将导致节点延性降低,发生脆性断裂。本文旨在探究节点在地震往复荷载作用下的损伤性能,分析其主要影响因素,提出有效的损伤评估模型,为后续节点损伤数值模拟提供基础,为钢框架的抗震设计提供参考。
1. 通过足尺节点试验,分析加载幅值、加载历程和荷载峰值对节点损伤性能的影响;2. 基于试验结果,标定并验证3种经验损伤演化模型,提出基于疲劳断裂力学的节点损伤评估模型。
方法:
1. 通过对9个足尺梁柱节点试件开展往复加载试验,包括5种变幅加载制度及4种常幅加载制度,分析加载幅值、加载历程和荷载峰值对节点损伤性能的影响;2. 基于试验结果,根据节点损伤特点,在能量模型基础上,推导并拟合适用于节点循环加载的双参数损伤演化方程,并与其他模型进行比较,以验证其准确性;3. 结合疲劳和延性断裂理论,依据损伤机理,定义"有效塑性应变"量化损伤过程,并以疲劳裂纹发展公式为基础,推导适用于计算在极低周循环荷载下节点损伤过程的损伤演化方程。
结论:
1. 加载跨幅对节点性能影响较小;加载历程的影响与历程中峰值位移循环次数密切相关;突发性的强峰值对节点造成的损伤最大。2. 节点损伤过程为幂函数形式;通过比较表明,在能量模型基础上推导出的适用于节点循环加载的双参数损伤演化方程,相对于单参数线性模型,能够更准确模拟节点在极低周循环下的损伤过程。3. 基于疲劳断裂力学理论的损伤演化方程物理意义明确,能够描述节点循环损伤试验中所表现出的加速损伤及"损伤拐点"特征。
关键词:
梁柱节点;往复荷载;节点试验;损伤机理;延性断裂
作者:
Xi-yue Liu, Yuan-qing Wang, Jun Xiong, Yong-jiu Shi
Xi-yue Liu, Yuan-qing Wang, Jun Xiong, Yong-jiu Shi, 2017. Damage behavior of steel beam-to-column connections under inelastic cyclic loading. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering) , 18(11):910-926.
http://dx.doi.org/10.1631/jzus.A1600520
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