约束钢柱火灾下受力性能的参数分析

利用验证了的有限元模型对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析。 考虑的参数包括轴力荷载比,弯矩荷载比,轴向约束刚度比,转动约束刚度比, 长细比和端部弯矩比等。参数分析的结果包括各参数对钢柱的轴力－温度关系曲线和跨中截面－温度关系曲线的影响, 以及各参数对约束钢柱的 临界温度,无约束钢柱与约束钢柱临界温度之差,约束钢柱的临界温度与屈曲温度之差的影响等。 主要结论为：(1) 约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;(2) 约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;(3) 轴向约束减小约束钢柱的临界温度,并且随之轴向约束刚度的增加,钢柱的临界温度逐渐减小,但 是存在一个临界轴向约束刚度比,当轴向约束刚度比大于该临界轴向约束刚度比时,轴向约束刚度比的大小对 钢柱的屈曲温度影响很小。     

轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能分析

针对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能进行了分析.结果包括各参数对约束钢柱轴力—温度关系曲线,跨中弯矩—温度关系曲线,约束钢柱破坏温度,无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差,以及约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差等的影响.主要结论为:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小,约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大;轴向约束减小钢柱的破坏温度,并随约束刚度的增加,钢柱的破坏温度逐渐减小,但是存在临界轴向约束刚度比,当大于该临界约束刚度比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的屈曲温度影响很小;随着轴向荷载比和弯矩荷载比的增加,约束钢柱的破坏温度减小;端部弯矩比对约束钢柱的破坏温度影响较小.     

轴力作用下的约束钢柱受火性能参数分析

利用经过试验验证的有限元模型对轴力作用下约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析.分析结果包括各参数对钢柱轴力-温度关系曲线、钢柱跨中弯矩-温度关系曲线、约束钢柱破坏温度、无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差、约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差的影响等.参数分析表明:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;轴向约束减小约束钢柱的破坏温度,但是存在一个临界轴向约束刚度比,当大于该临界比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的破坏温度影响很小.     

轴向约束钢框架柱火灾升温下屈曲后性能研究

提出了一种改进的Jezék方法,用于火灾升温下轴向约束钢框架柱屈曲后性能分析,高温条件下钢材的应力-应变关系考虑了钢柱屈曲后凸侧可能出现的卸载现象.对轴向约束钢柱的参数分析表明,随着约束刚度的增大,钢柱附加轴力增大,屈曲温度降低,但轴向约束对屈曲后性能影响很小;荷载比大的构件抗火性能差,屈曲温度低,屈曲后轴力下降迅速;长细比小的构件,屈曲后轴力下降缓慢,屈曲后抗火性能显著提高;初弯曲大的构件,屈曲温度低,附加轴力小.在局部火灾下,利用约束钢柱的屈曲后性能,可显著提高其抗火性能.     

负弯矩作用下钢-混凝土组合箱梁畸变屈曲分析

畸变屈曲负弯矩区是钢-混凝土组合箱梁的最重要屈曲模式之一,而钢梁底板的转动及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲的关键因素.文中对钢-混凝土组合箱梁负弯矩区钢梁底板的等效侧向及转动约束刚度进行了分析,结果表明钢梁底板侧向及转动约束刚度均与外荷载有耦合关系;基于钢梁底板侧向及转动约束刚度计算公式,利用弹性地基梁法推导了组合箱梁畸变屈曲临界应力计算公式,并进一步获得组合箱梁畸变屈曲临界弯矩;最后通过算例将该方法与ANSYS有限元法进行对比.算例分析表明:负弯矩作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载受构件长度影响较小;负弯矩作用下,转动约束刚度折减系数取0.5时,该方法屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果吻合良好.该方法利用了更为科学的钢梁底板侧向及转动约束刚度,考虑了负弯矩区底板和腹板的耦合失稳,计算方法物理意义更为明确,同时该计算方法较为简便,为变轴力作用下组合箱梁畸变屈曲临界荷载计算方法提供了理论基础.     

钢-混凝土组合梁负弯矩区弹性畸变屈曲分析

基于畸变屈曲是钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的重要屈曲模式,钢梁下翼缘提供给钢梁腹板的转动约束刚度及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一,对工字形钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁腹板提供给下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度进行研究。采用利用能量法推导负弯矩区钢梁腹板对下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度理论计算公式,并结合弹性介质中的中心受压薄壁杆件的屈曲理论推导钢梁侧向弯曲屈曲及侧向弯扭屈曲临界应力计算公式,进一步获得相应的屈曲弯矩。结合工程实例对转动约束刚度、侧向约束刚度及屈曲弯矩计算公式进行分析及讨论。研究结果表明:钢梁腹板转动约束刚度及侧向约束刚度均与外荷载呈线性关系,同时两者还可能出现负值;本文屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果较吻合;现有屈曲弯矩计算方法存在一定理论缺陷,且不同计算方法所得计算结果偏差较大;本文计算公式形式较简洁,适于工程应用。     

火灾下轴向约束钢柱性能的Shanley理论模拟

运用改进的Shanley理论对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱进行分析.在已有的Shanley模型上考虑轴向约束的影响,以铰链的两肢的应变作为基本未知量,考虑升温过程中引起的钢材的塑性变形和轴向温度膨胀,从而较为准确地得到钢柱的轴力-温度变化曲线,最后通过与初始轴力的对比得到钢柱的临界温度.计算结果表明该分析方法与有限元计算结果吻合较好.     

梁端约束对钢筋混凝土梁耐火性能的影响

利用已编制的钢筋混凝土结构高温反应的全过程分析程序,通过带有杆端约束的钢筋混凝土梁的耐火极限分析, 初步探讨轴向约束刚度比、转动约束刚度比和高跨比对梁的耐火性能的影响规律.研究表明, 转动约束刚度比不变时, 随着轴向约束刚度比的增大,梁的耐火极限逐渐减少,当轴向约束刚度比增大到一定程度时,这一趋势逐渐减缓;轴向约束刚度比不变时,随着转动约束刚度比的增大,梁的耐火极限逐渐增大, 当转动约束刚度比增大到一定程度时,这一趋势逐渐减缓;随着高跨比的减少,梁的耐火时间逐渐减少.     

考虑节点板刚度的屈曲约束支撑核心段应变的理论及试验研究

建立了考虑框架节点板刚度的支撑核心段应变表达式,以提高屈曲约束支撑核心段应变计算的精度,确保支撑按照预设的方案屈服.通过解析法推导了焊接连接节点板的刚度表达式,再利用框架层间位移与支撑轴向变形几何关系,建立考虑节点板刚度的核心段应变表达式;随后通过足尺屈曲约束支撑框架的拟静力试验和框架实体有限元分析验证所提公式的准确性;所提公式、试验和有限元三者结果吻合较好.误差分析表明,公式用于计算支撑屈服时的层间位移角可以减少60%以上的误差,并可用于支撑核心构件的优化设计.     

四边连接开洞屈曲约束钢板墙的承载力和刚度

为避免对四边连接屈曲约束钢板墙在连接处首先发生破坏,提出在屈曲约束钢板墙上错列开洞使塑性应变主要分布在钢板墙内部,并通过形成斜向拉力带和压力带保证屈曲约束钢板墙具有较好的材料利用效率。利用理论分析方法对四边连接开洞屈曲约束钢板墙的屈服荷载和初始刚度进行了研究,提出屈服荷载和初始刚度的计算公式,公式形式简单、计算方便,与有限元分析结果的对比表明计算结果具有较高的精度。     

弹性转动约束边界组合梁高腹板加劲肋设置

通过构建组合梁腹板的转动约束边界计算模型,采用里兹能量法推导了弹性转动约束边界刚性加劲和柔性加劲状态下加劲板的屈曲应力计算公式.在此基础上,获得组合梁受边界约束影响的纵向加劲肋临界刚度和最优位置的计算公式.理论推导结果与有限元分析结果符合良好,证明本分析方法正确.结合算例对本方法和现行规范进行对比分析,结果表明:采用本方法设计钢-混组合梁高腹板纵向加劲肋,相比现行规范可以显著提高腹板屈曲荷载,有效降低材料消耗,更具经济性和合理性.     

爆炸与火荷载联合作用下钢柱变形与破坏的数值分析

为了探讨爆炸和火荷载对钢柱的联合作用效果,以有限元软件ABAQUS为基础,建立了爆炸和火荷载对钢柱联合作用的三维有限元数值分析方法,包括显式准静态分析、显式动力学分析、显式热传导及热应力耦合分析3个步骤,计算过程中考虑了应变速率和高温软化效应对材料本构关系的影响。通过典型的钢柱抗火试验数据验证了分析模型和方法的可行性,并利用该方法定量分析了先爆炸后火荷载联合作用下钢柱的变形与破坏特点。结果表明,爆炸荷载降低了钢柱的耐火极限。     

中柱突然失效后钢框架的简化分析方法

结合双跨梁的显式简化模型与能量平衡的原理,提出钢框架连续倒塌的简化非线性分析方法.将多层钢框架结构简化为双跨梁,求双跨梁在集中荷载作用下的显式简化模型,并对梁端转动刚度和轴向刚度进行修正,根据内力变化将双跨梁的受力分为4个阶段,推导了其在不同阶段的荷载-跨中挠度计算公式.以不同跨数不同层数的两个二维框架为例,采用简化方法预测柱失效后的最大位移,并与其他相同框架的非线性动力分析结果进行对比,表明采用本文方法可以取得准确结果,且分析过程简单.     

转动约束受压矩形钢板单侧屈曲强度计算简化

为研究内填混凝土钢箱构件在受压、受弯荷载下其组成钢板局部屈曲问题,建立了非受载边转动约束、线性分布压力下矩形板单侧屈曲模型,选取满足矩形板变形边界条件的多项式与调和函数组合位移函数,利用瑞利—里兹能量法导出了非受载边界为转动约束的矩形板在线性分布荷载下的单侧屈曲强度计算公式。与传统边界条件相同的双侧屈曲矩形板比较,单侧屈曲强度比双侧屈曲强度提高37%~58%。基于屈曲强度与约束系数的关系,利用回归分析方法对计算公式进行了简化,提出了约束系数表达的屈曲强度计算实用公式。已有试验表明,简化公式计算值与试验值之比在0.76~1.22,平均1.03,两者吻合良好,计算公式的有效性得到验证。     

固接抛物线浅拱的平面内稳定性分析

对固接抛物线浅拱的静力及动力稳定性问题进行了研究.基于哈密尔顿原理推导出抛物线浅拱的动力学控制方程,并推得非线性静力平衡方程及静力跃越和分岔屈曲的解析方程;利用体系不稳定平衡时的能量守恒原理确立了发生动力屈曲的临界条件并得到动力屈曲相对荷载上限及下限值.分析结果表明:浅拱的修正长细比及结构已存在荷载是影响浅拱屈曲的重要参数,阶跃荷载作用下浅拱的静力及动力屈曲相对荷载随着长细比的增加而增加,而动力屈曲荷载随结构已存在荷载的增大而减小;当稳定平衡时系统势能大于零,浅拱的动力屈曲荷载将显著提高.     

抗弯刚度比对加劲板屈曲性能的影响

以一大型薄壁钢结构的加劲板为研究对象,采用有限元方法,考虑了13种不同的刚度比、多种不同的加劲肋布置方式以及边界条件等因素,分析了加劲板线性屈曲和非线性屈曲性能.抗弯刚度比对加劲板的屈曲性能影响显著,加劲板最佳抗弯刚度比将其线性屈曲模态划分为整体屈曲和局部屈曲,其值为10～20.加劲板非线性屈曲荷载随抗弯刚度比增大而提高.另外,在加载方向增加加劲肋布置可以提高加劲板局部屈曲荷载,在非加载方向增加加劲肋布置对加劲板的局部屈曲性能影响较小.     

单层预应力撑杆柱的预应力研究

预应力撑杆柱可以提升普通受压钢柱的承载能力,而拉索初始应力是影响预应力撑杆钢柱稳定性能的重要因素.以设置斜向撑杆的预应力撑杆钢柱为研究对象,重点研究其初始预应力的确定方法,基于理论推导建立了其初始预应力的计算公式.此外,根据所建立的初始预应力计算公式,讨论了屈曲荷载与初始预应力的关系以及拉索刚度、撑杆刚度和撑杆倾角对初始预应力的影响.研究还表明:过大的初始预应力反而会降低这类结构的屈曲荷载.     

时变约束混凝土梁的升降温全过程内力分析

利用有限元软件ABAQUS,对时变约束混凝土梁的升降温全过程内力变化进行了探讨.首先考察了梁端轴向和转动约束刚度的变化趋势;然后对单调升温以及先升温后降温情况下,时变约束混凝土梁的轴力和梁端弯矩变化过程进行了计算分析,并与定常约束混凝土梁的相应结果进行了对比.结果表明:高温下时变轴向约束梁的最大轴力比小于定常轴向约束梁,轴向约束刚度比初值越小二者相差越大;高温下时变轴向约束梁的最大梁端弯矩与定常轴向约束梁几乎相同;时变转动约束下梁的轴力比和梁端弯矩随升降温时间的变化曲线都与定常转动约束下的相应曲线一致.     

车辆撞击钢结构人行天桥有限元分析

采用通用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,对车辆撞击钢结构人行天桥钢柱进行分析.分别以一定质量的小型车辆和不同质量的大型车辆正面撞击人行天桥的钢柱,考虑不同撞击速度,得到人行天桥的应力时程、柱顶位移时程、被撞位置位移时程及柱顶最大位移与车辆速度和质量的关系.通过位移等效分析,得到了小型车辆和大型车辆撞击等效静力荷载的计算公式.最后针对钢结构人行天桥的特点,提出了可行的撞击防护措施.     

防屈曲支撑内核单元特性分析与设计理论研究

根据芯材多波屈曲理论并基于边缘屈服准则,考虑芯材初弯曲以及外包钢刚度,通过理论推导出防屈曲支撑间隙值以及边缘屈服极限应力通用计算公式,分别针对"十字型"和"一字型"芯材截面,针对初弯曲大小、屈曲半波数、芯材长度、芯材宽度和芯材厚度进行影响性分析.根据边缘屈服极限应力增加值推导出屈曲半波数估计值并利用约束比概念提出新的外包钢最小约束刚度.结果表明,文章提出的防屈曲支撑设计公式可以合理解释实验和有限元模拟结果,为防屈曲支撑的设计提供理论依据.