开口薄壁杆件的塑性极限承载力研究

为了研究开口薄壁杆件的塑性极限承载力,采用空间杆件广义屈服准则定义单元承载比、结构的承载比均匀度及基准承载比的概念和计算表达式,据此建立了弹性模量调整的计算公式,进而提出了薄壁杆件结构的极限承载力分析的弹性模量缩减法。算例结果表明,弹性模量缩减法具有良好的计算精度和计算效率。算例分析表明,工字形薄壁杆受偏心荷载作用时,对结构破坏影响最大的内力是弯矩,其次是扭矩;工字型薄壁杆的极限承载力随翼板厚度或腹板厚度的增加而提高,且对前者的变化更敏感。     

结构失效演化与极限承载力分析的无路径依赖性方法

为了合理分析结构的失效演化过程与极限承载力,结合齐次广义屈服准则、高效弹性模量调整策略以及失效元和失效模式的识别准则,提出了一种无路径依赖性的分析方法——弹性模量缩减法(EMRM).该方法利用齐次广义屈服准则来判断构件截面是否进入塑性状态,通过批量调整高承载单元的弹性模量来模拟结构的损伤演化,根据塑性极限状态时的弹性模量缩减幅度识别失效元和失效模式.结果表明,该方法只需建立杆系单元尺度的模型,可以考虑组合内力的影响,具有较高的计算效率和精度,克服了传统弹塑性分析方法在失效判别准则、损伤演化模拟、失效模式识别以及极限承载力分析等方面存在的缺陷.     

桁架结构极限承载力分析的弹性模量缩减法

为提高桁架结构极限承载力分析的计算效率和精度,建立了一种基于基准体的弹性模量缩减法.在弹性模量缩减法基础上引入了代表失效模式的基准体概念,提出了以单元承载比大小为依据的基准体失效排序策略,并考虑桁架整体破坏和局部破坏极限状态时的失效模式特性,提出了基准体失效构件选取原则,建立了桁架基准体的识别方法;同时根据功能互等原理推导了用轴力表达的极限承载力计算方法,进而考虑基准体的影响,建立了桁架结构极限承载力分析的弹性模量缩减法.算例分析表明,本文方法具有良好的计算精度和效率.     

工字型截面齐次广义屈服函数与薄壁结构极限承载力

基于传统广义屈服函数的弹性模量缩减法应用于薄壁结构极限承载力分析时,往往出现计算结果不稳定、精度较低等问题.为此通过理论分析探索了问题的根源,研究建立了工字型截面的齐次广义屈服函数,提出了回归分析的配点遴选原则,通过误差分析确定了齐次多项式的幂次数;根据工字型截面齐次广义屈服函数定义了薄壁构件的单元承载比,利用单元承载比特征分布参数定义了承载比均匀度和基准承载比,为薄壁结构高承载单元的判别提供了动态判据,进而依据变形能守恒原则建立了自适应弹性模量调整策略,建立了工字型薄壁结构极限承载力分析的弹性模量缩减法.算例分析表明,本文方法能准确考虑组合内力对工字型薄壁结构极限承载力的综合影响,得到具有良好稳定性和计算精度的结果.     

桁架式钢骨混凝土梁抗弯极限承载力计算分析

利用有限元分析软件ABAQUS对桁架式钢骨混凝土梁进行受力分析,并将模拟结果与试验数据对比,二者吻合度良好,表明本文有限元分析的可行性。通过改变斜腹杆面积探讨斜腹杆对其抗弯极限承载力的影响,分析结构表明:随着斜腹杆面积的增加,构件抗弯极限承载力逐渐增大。根据模拟结果推导出考虑斜腹杆作用的桁架式钢骨混凝土梁抗弯极限承载力的计算公式。将修正后的计算结果与试验结果进行对比,表明计算精度进一步提高。     

空间圆管结构极限分析的EMRM上限法

为克服仅考虑单向弯矩作用的极限上限分析的弹性模量缩减法求解空间圆管结构的极限荷载误差较大的问题,提出了考虑双向弯矩作用的EMRM上限法。利用齐次广义屈服函数定义了空间圆管结构的单元承载比和基准承载比,在平面圆管截面的弹性应变能与塑性耗散功的基础上,考虑空间圆管截面内力作用与应力应变分布特点,通过坐标转换得到了空间圆管截面的弹性应变能与塑性耗散功的计算公式,进而结合弹性模量调整过程建立考虑双向弯矩作用的空间圆管结构极限分析的EMRM上限法。算例分析表明:考虑双向弯矩的EMRM上限法在空间圆管结构中具有较好的适用性,求解的极限荷载与有效性得到认证的弹塑性增量分析方法 EPIA的误差在2%以内,迭代次数较EPIA减少一半以上。为空间圆管结构的安全评估提供了有效的方法。     

内配型钢圆钢管混凝土构件受弯性能分析计算

采用有限元软件ABAQUS建立内配型钢钢管混凝土受弯构件力学模型,借助已有试验验证模型的合理性,在此基础上研究该类构件在弯矩作用下的变形规律、受力过程和破坏模态,分析构件材性、型钢含钢率、型钢截面形式等参数对内配型钢钢管混凝土受弯构件极限承载力及抗弯刚度的影响;引用欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式进行计算,并将计算结果与已有试验结果及有限元模拟结果进行对比,二者吻合良好,说明欧洲规范中组合柱抗弯承载力计算公式可用于该类构件的设计计算.研究结果可为内配型钢钢管混凝土受弯构件设计提供参考.     

钢管混凝土哑铃型轴压构件极限承载力有限元分析

提出了钢管混凝土哑铃型轴压构件极限承载力的有限元计算方法.有限元建模中,钢管与腹板采用壳单元,混凝土采用实体单元.对试验构件的分析表明,有限元计算值与试验值吻合良好,腹腔内的混凝土受钢管紧箍力作用的影响很小,其应力-应变关系可按普通混凝土考虑.应用有限元计算方法,对哑铃型钢管混凝土构件的极限承载力进行了参数分析.结果表明,腹板间距的增加对极限承载力的提高呈非线性增长,腹板高度的增加与极限承载力的提高基本上呈线性关系.相比较而言,腹板间距增加对构件极限承载力的提高的影响要大于腹板高度的增大对其的影响.在参数分析的基础上,对其简化计算方法的比较表明,简单迭加法比等效单圆管法与试验值和有限元计算结果更为吻合、也更安全.     

圆钢管轻集料混凝土抗弯性能的有限元分析

文章介绍了圆钢管轻集料混凝土受弯构件的有限元分析方法,在试验研究的基础上,采用有限元软件ANSYS对试验试件进行模拟计算,并且分析了含钢率、钢材屈服强度和轻集料混凝土强度等参数对构件弯矩-曲率关系曲线的影响。计算分析结果表明,计算所得极限荷载和弯矩-曲率关系曲线与试验结果吻合较好;含钢率是影响构件抗弯性能的主要因素;钢材屈服强度对构件的抗弯刚度影响很小,但对其抗弯承载力影响明显;轻集料混凝土强度对圆钢管轻集料混凝土构件的抗弯承载力与抗弯刚度影响甚小。     

压-弯-扭共同作用下闭口截面钢构件弯矩作用平面内极限承载力

利用Umansky闭口截面扭转理论,在现行GB 50017—2003"建筑钢结构规范"的基础上,得到适用于压-弯-扭共同作用下闭口截面构件弯矩作用平面内极限承载力的计算方法;采用数值分析方法对提出的设计公式进行验证,在建模时引入初始几何缺陷和残余应力,在分析时考虑几何非线性和物理非线性的影响;最后针对扭矩作用下矩形截面压弯构件截面塑性发展规律进行分析。研究结果表明:本文所提出计算公式能够真实反映构件的受力状态,使用便捷;在压力、弯矩和扭矩共同作用时可能存在的7种荷载路径对矩形截面钢管的极限承载力几乎没有影响;构件的抗弯和抗压极限承载力随着扭矩的增大而降低,且降低的程度越来越大;约束扭转的存在只会使截面最危险点更早地进入塑性状态,而对截面最终承载能力的影响不大,因此,根据自由扭转理论提出的设计公式对于存在约束扭转的矩形截面构件依然适用。     

轴压套管构件的典型破坏模式与极限承载力

建立了轴向压力作用下两端铰接钢套管构件的非线性有限元分析模型.通过套管构件的非线性有限元分析,得到内核弯矩分布随轴向压力增大的变化规律,并得出套管构件的破坏机理.分析了内核长细比、内核外伸长度、套管-内核间隙及套管-内核壁厚比等参数对套管构件极限承载力因子的影响,并采用多项式函数拟合得到套管构件极限承载力的实用计算公式.结果表明,轴向压力增大,内核弯矩最大截面逐渐向内核端部移动,在轴向压力与弯矩的共同作用下,内核端部附近截面达到全截面塑性,导致套管构件承载力下降.随内核长细比的增大以及内核外伸长度及套管-内核间隙的减小,套管构件极限承载力因子逐渐增加.     

RECFST构件抗弯性能和抗弯承载力计算方法

文章研究了圆端形椭圆钢管混凝土(round-ended elliptical concrete-filled steel tubular,RECFST)构件的受弯性能。基于有限元方法和圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系模型的等效计算方法,建立了纯弯作用下RECFST构件的数值分析模型,考虑了材料非线性、圆端形椭圆截面特征及复杂界面接触等问题;通过分析钢材强度、混凝土强度、径厚比及长短轴比等诸多参数在长、短轴方向上对RECFST构件抗弯承载力的影响规律,揭示了其破坏模式,提出了RECFST构件的抗弯承载力简化计算公式。研究表明,钢材强度越大,径厚比越小,RECFST构件的极限弯矩越大。研究结果可为圆端形椭圆钢管混凝土结构设计和应用提供参考。     

钢管混凝土拱极限承载能力分析的弹性调整法

钢管混凝土拱由于外包钢管与核心混凝土共同作用,其承载能力分析比较复杂,根据钢管混凝土拱肋轴力和弯矩共同作用下的极限强度,引入拱肋强度系数,建立结构塑性极限荷载的弹性模量调整计算格式,提出弹性模量调整及迭代收敛策略,利用弹性分析钢管混凝土拱的极限状态,求得极限承载能力,编制了计算程序分析钢管混凝土拱塑性极限状态,与模型试验、相关规范计算结果和模型试验结果比较分析可知,本文方法迭代次数少,具有很快的收敛速度和较高的计算精度,可为钢管混凝土结构拱桥的极限承载能力分析提供科学和高效的计算方法。     

CFRP-钢管混凝土构件轴压承载力灰熵关联度分析

为进一步研究CFRP-钢管混凝土组合结构构件的力学性能,以极限承载力为测试指标,分析了极限承载力各相关影响因素的作用规律。以试验数据和理论公式为基础,利用灰熵关联度理论,论证了不同厚度的CFRP筒约束情况下,钢管厚度、屈服强度和核心混凝土截面尺度等因素在提高组合结构构件极限承载力方面贡献的主次关系。结果表明：灰关联熵理论是一种简单实用的分析方法,可用于CFRP-钢管混凝土组合结构极限承载力的多因素关联度评价;CFRP-钢管混凝土结构极限承载力各关联因素的贡献大小受CFRP约束效应的影响。研究结论可为CFRP-钢管混凝土组合结构各材料占比的有效优化提供参考。     

超高层建筑施工脚手架风载作用下立杆最大弯矩分析

目的研究风荷载作用下不同施工高度处脚手架立杆的最大弯矩值及其变化规律,为高层及超高层建筑施工脚手架的施工设计提供数据支持.方法依据风荷载作用计算公式,考虑超高层建筑施工脚手架的风振影响来计算风载标准值.对扣件节点采用半刚性连接的计算方法,利用有限元分析软件ANSYS对整个架体进行受力分析.结果随着脚手架所处高度的增加,立杆最大弯矩值变化曲线大致分三个阶段:直线上升段、曲线发展段、水平持续段.脚手架立杆最大弯矩出现在迎风面立杆的有连墙件节点处.结论按照现行规范中风载作用下立杆弯矩计算式得到的弯矩值明显小于模拟分析得到的弯矩值.当脚手架施工高度大于450 m时,建议按450 m高度时立杆最大弯矩取值,可简化计算.     

预制CFRP筋增强条加固素石板受弯性能有限元分析

为研究预制碳纤维增强复合材料(CFRP)筋增强条加固石板受弯承载力的影响机理,并基于理论提出加固石板的受弯承载力计算公式,采用有限元程序对预制CFRP筋增强条加固石板受弯性能进行非线性数值模拟.在验证有限元模型可靠性的基础上,进一步开展参数分析,研究CFRP筋直径及配筋率、增强条宽度及厚度对预制CFRP筋增强条加固石板受弯承载力的影响规律.模拟结果表明:加固石板的极限承载力随CFRP筋配筋率的增大而增大,对开裂荷载的影响较小;开裂荷载随增强条宽度及厚度的增大而增大,对极限承载力的影响较小;有限元模型能模拟构件的开裂及破坏形态,且提出的计算公式能预测构件的开裂弯矩和极限弯矩.     

混凝土叠合式受弯构件极限承载力分析

以混凝土叠合式受弯构件为研究对象,对其极限承载力进行了力学分析,对叠合式受弯构件极限状态下截面应力应变图形形式以及叠合式构件设计中需要考虑的叠合参数αh和αM进行了计算分析.研究表明:叠合式受弯构件的极限承载能力只与叠合参数αh有关,基本上不受αM变化的影响.     

考虑SD效应及初始缺陷影响的钢压杆弹塑性稳定分析

考虑钢压杆一般存在初变形和初偏心等初始缺陷及钢材拉压强度的差异,基于Jezek法推导在轴向偏心荷载作用下钢压杆弹塑性失稳破坏时的极限荷载公式.通过探讨SD效应、长细比及初始缺陷等因素对钢压杆弹塑性失稳破坏极限荷载的影响规律,拟合得到了两端简支的矩形截面钢压杆弹塑性极限荷载近似计算公式;所得解析理论与近似计算公式可以蜕化求解带初弯曲的轴压构件、带初偏心的压杆、理想的中心受压杆及压弯构件考虑SD效应时的弹塑性极限荷载.分析结果表明:考虑SD效应时钢压杆的弹塑性稳定极限荷载提高10.5%~12.2%.因此,在实际工程中考虑SD效应可以使钢压杆的强度得以充分发挥.     

平面圆管结构极限上限分析的弹性模量缩减法

为采用梁单元高效准确求解平面圆管结构极限承载力,提出了相应的极限上限分析的弹性模量缩减法。首先利用齐次广义屈服函数定义结构的单元承载比,然后结合弹性模量缩减过程获得逼近结构塑性极限状态的失效模式,同时,基于平截面假设推导了平面圆管截面的弹性应变能与塑性耗散功的计算公式,进而在结构失效模式上构造出平面圆管结构极限上限荷载的迭代计算方法。算例分析表明,平面圆管结构极限上限分析的弹性模量缩减法具有良好的计算精度和效率,其与EPIA误差在7%以内,迭代次数较EPIA减少一半以上,解决了由于梁单元截面各处的等效应变和应力不相同而导致的上限荷载乘子不能直接运用的问题。研究结果可为平面圆管结构的极限分析和安全评估提供参考。     

AFRP-钢混合配筋对混凝土构件抗弯性能的影响研究

为了研究AFRP—钢混合配筋混凝土构件的极限抗弯承载力及抗裂性能,基于平截面假定以及变形协调条件,通过建立内力平衡方程,推导了AFRP—钢混合配筋混凝土构件适筋破坏的极限抗弯承载力及开裂弯矩的计算公式,利用推导的计算公式对七组具有相同整体配筋率、不同AFRP筋与钢筋面积比的混合配筋构件的抗弯承载力及开裂弯矩进行了分析,并进行了试验验证。研究表明:用AFRP筋代替部分普通钢筋,对混合配筋混凝土构件的抗弯极限承载力以及开裂弯矩都会有影响,当混凝土中配置的筋材整体配筋率相同时,构件的极限抗弯承载力随着AFRP筋与钢筋的配筋比的增加而逐渐提高,但是开裂弯矩随着其配筋比的增大而呈减小的趋势。混合配筋混凝土构件能有效的提高构件的极限抗弯承载力,但是对构件的抗裂性能没有提高。混合配筋构件可应用于对构件抗裂性能要求不高,但对极限抗弯承载力要求较高的结构中。