悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下承载性能有限元分析

通过理论计算和有限元方法分析了悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下的力学性能,根据“统一理论”确定构件的极限弯矩,利用理论公式计算构件的挠度,采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA模拟相应工况,并与理论结果比较,得到了构件重点部位的应力、应变和加速度时程,结果表明,当套箍系数、材料强度和尺寸一定时,构件最终挠度与冲击能量成正比;冲击能量从自由端向固定端传递,固定端截面逐步进入屈服,最终形成塑性铰构件成为机动结构,丧失承载力;钢管混凝土构件具有较好的耗能和变形能力。应力、应变呈现典型弹塑性材料自特征．     

主管受压状态下K形管节点抗冲击性能有限元研究

采用有限元软件Abaqus建立冲击荷载下一端固支另一端可轴向平动K形管节点的有限元分析模型.基于该模型研究了主管受轴压力等4种工况的K形管节点受横向冲击荷载下的破坏模态.基于对冲击力时程曲线、位移时程曲线、能量耗散等抗冲击性能指标分析,研究了K形管节点的抗冲击性能.研究结果表明:主管轴压力的存在显著增大了节点的局部塑性变形、降低了节点稳定承载力,支管受力状态对节点的局部变形和稳定承载力有显著影响.本文的研究成果为进一步深入研究主管受压状态下K形管节点承受横向冲击荷载的破坏机理创造了条件.     

新型冷弯翼缘闭合压弯构件的力学性能

研究了两种新型(HF1、HF2)冷弯翼缘闭合截面在压弯荷载作用下的力学性能,采用非线性有限元数值方法,应用大型有限元通用程序ANSYS对新型截面构件的力学性能进行了模拟。分析了新型截面构件在压弯荷载作用下的屈曲模式、变形特征、承载力、刚度等方面力学性能,分析结果表明:新型冷弯截面构件具有截面平均应力高、相关曲线饱满、构件刚度大、弯曲变形小,板件不易局部屈曲等方面力学性能优势,新型冷弯翼缘闭合构件相关曲线饱满,适宜承受压弯荷载,具有多方面优良的力学性能,可以深入研究并合理推广使用。     

内置不同型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击性能

在ABAQUS软件中建立了内置型钢的钢管混凝土组合构件横向冲击数值模型,通过已有横向冲击试验对模型的正确性进行了验证.对比了三种不同内置型钢对钢管混凝土构件横向冲击性能的影响,分析了组合构件冲击过程中的跨中挠度、冲击力和截面弯矩,讨论了型钢参数对构件抗冲击性能的影响.结果表明:内置型钢可以减小钢管混凝土构件在横向冲击荷载作用下的整体变形,提高其抗冲击性能;当型钢含钢率相同时,内置工字形型钢组合构件的抗冲击性能最好;内置型钢的截面形式对组合构件的弯矩分布影响显著;当型钢含钢率一定时,构件的抗冲击能力随着型钢腹板高度的增加逐渐提高,开展的型钢截面形式对抗冲击性能更有利;角钢的分布位置对构件的抗冲击性能有一定影响,构件的抗冲击性能随着型钢含钢率的增加而增强.     

两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件抗侧向冲击性能有限元分析

目的 研究两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件的抗侧向冲击性能,为该类构件的工程应用提供参考。方法 建立并验证侧向冲击荷载作用下两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件有限元模型,分析了典型构件在侧向冲击荷载作用下的全过程、破坏形态、应力发展、相互作用力时程曲线和弯矩时程曲线等动态响应;研究了冲击能量、冲击冲量、钢材强度、GFRP管厚度以及截面含钢率对构件抗冲击性能的影响。结果 随着冲击能量及冲量的增大,冲击持时和构件弯曲变形增大;提高钢材强度、GFRP管厚度可以改善构件的抗冲击性能。结论 GFRP管对混凝土有较好的约束作用,构件在侧向冲击荷载作用下整体发生弯曲破坏,内部钢骨塑性变形发展充分,构件抗侧向冲击性能优越。     

轴心受压钢构件高温下局部稳定设计方法

为了得到钢构件高温下局部稳定设计方法,通过试验对建立的有限元模型进行了验证。采用验证后的有限元模型,分析了温度、板件宽厚比、初始几何缺陷、腹板和翼缘相互作用等因素对H形截面轴心受压钢构件局部屈曲应力的影响,提出了Q235钢和Q460钢H形截面轴心受压构件高温下的局部稳定承载力简化计算公式和高温下防止局部屈曲的翼缘宽厚比和腹板高厚比限值。研究表明:当板件宽厚比较小时,构件的局部屈曲应力随宽厚比的增大迅速减小,宽厚比较大时,构件屈曲应力降低不明显;初始几何缺陷对构件局部屈曲应力影响较小;高温下翼缘对腹板屈曲的约束作用比常温下明显;高温下防止局部屈曲的宽厚比限值与常温下宽厚比限值不同。     

考虑翘曲变形的空间钢框架修正塑性铰模型

为了推导一种既能反映塑性沿构件截面扩展,又能反映塑性沿构件长度方向(轴向)扩展的空间钢框架二阶非弹性分析模型,基于连续介质力学有限变形理论和更新的拉格朗日列式,横向位移采用考虑剪切变形的三次插值函数,扭转角位移采用Hermite三次插值函数以计入截面翘曲影响,结合塑性铰方法和简化塑性区模型,利用扩展的Orbison屈服面模型,提出了一种用于钢结构高等分析的修正塑性铰模型。该模型可用于各种空间钢框架结构的双重非线性分析,具有较强的通用性。最后通过算例证明了本文提出梁—柱单元的精度和有效性。     

低速冲击下内置加劲环T型管节点有限元模拟

采用有限元软件ABAQUS建立了一端固定一端简支的内置加劲环T型管节点有限元分析模型,其目的是研究采用内置加劲环的加强方法对经受横向冲击荷载作用的T型管节点抗冲击性能的影响.分析结果表明:加劲环的存在显著减小了主管的局部凹陷变形,增大了主管的整体弯曲变形;同时加劲环的加强作用对节点的最终能量耗散影响很小.     

H形截面钢构件绕弱轴抗弯承载力

对H形截面钢构件绕弱轴弯曲的性能进行研究,考虑了抗弯承载力与板件宽厚比之间的关系.基于经实验校准的非线性有限元模型,模拟了不同翼缘和腹板宽厚比组配的H形截面钢构件绕弱轴弯曲的全过程,并对破坏模式进行了机理分析.研究发现,对于工程中常用的H形截面钢构件,极限前性能主要由翼缘宽厚比决定;极限后翼缘和腹板之间存在显著的相关作用.最后,给出了绕弱轴弯曲时可达到塑性抗弯能力的H形截面钢构件宽厚比上限值,并提出了有效塑性宽度计算法计算H形截面钢构件绕弱轴弯曲的极限抗弯承载力.     

形截面压弯钢构件板组弹塑性相关屈曲分析

建立轴压力和水平荷载作用下焊接H形截面钢构件有限元分析模型以模拟板组弹塑性相关屈曲性能,改变轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比及翼缘-腹板厚度比等参数,进行一系列非特厚实截面钢构件弹塑性局部相关屈曲非线性有限元分析,获得一系列极限弯矩比与这些参数的相关曲线,表明极限弯矩比随轴压比和翼缘宽厚比增大而明显降低.得到精度较高的正则化极限弯矩比拟合公式,基于整体和局部等稳原则导出板组容许宽厚比相关曲线.在某些条件下,钢结构设计规范的翼缘和腹板宽厚比限值可能超出容许宽厚比相关曲线限定的参数范围.     

初始缺陷和轴力对变截面H型钢梁屈曲性能的影响

薄壁H型钢梁的相关屈曲性能研究是进行其稳定设计的基础.作者以ANSYS分析软件为工作平台,采用基于SHELL181单元的双重非线性限元方法,对变截面H型钢梁的相关屈曲性能进行了深入研究.以计算获得的构件荷载位移曲线、不同荷载时刻的整体和局部变形形态为研究对象,重点考察了初始几何缺陷模式对等、变截面H型钢梁的相关屈曲性能的影响以及轴力对变截面H型钢梁的相关屈曲的影响.     

形截面钢构件铰区模型及铰区长度

将局部失稳的集中区域定义为铰区.提出了由局部失稳控制破坏模式的H形截面铰区平均曲率的计算公式.发现铰区长度主要依赖于截面构型及轴力大小,用归纳方法得到了考虑不同截面构型及加载条件影响的铰区长度计算方法.实现了从H形截面悬臂钢构件模型中提取扣除计算长度影响的截面层次的弯矩-曲率关系.该弯矩-曲率关系作为不同受力形式、不同构件长度及边界条件的构件非线性分析的基础,可提高结构体系非线性分析的分析效率,并满足工程研究的精度要求.     

考虑主管轴压比影响的T型管节点抗冲击承载力研究

为了研究轴压比对T型管节点抗冲击性能的影响,本文运用有限元软件ABAQUS建立了不同主管轴压比下一端固支一端可轴向平动的T型管节点冲击模型.通过与已有文献中的侧向冲击试验结果的对比分析,验证了有限元分析模型的可靠性.基于对破坏模态、冲击力时程曲线、位移时程曲线的分析,揭示了轴压比对T型管节点抗冲击性能的影响,并探讨了不同轴压比下T型管节点抗冲击极限承载力的确定方法.研究结果表明:主管在冲击荷载作用下,轴压比越大,节点局部凹陷变形和整体弯曲变形越大;当轴压比大于0.6时,破坏模态由节点相贯处的鼓曲破坏变为主管因产生塑性铰而发生整体失稳破坏.基于抗冲击承载力分析,建议取T型管节点整体变形(L/2)/50处所对应的冲击力作为T型管节点的抗冲击极限承载力.     

高层组合框架-混凝土筒体结构推覆分析

针对高层混合结构中适用于推覆分析的剪力墙单元与型钢混凝土构件塑性铰等问题进行研究,利用三垂直杆元模拟剪力墙,各杆元分别考虑剪力墙轴向、剪切与弯曲变形;根据型钢混凝土构件截面承载力与变形能力,给出了反映截面弯矩与转角关系的型钢混凝土构件塑性铰特性值计算方法;应用MIDAS/GEN软件作为弹塑性分析工具,采用改进的剪力墙单元模型,自定义型钢混凝土构件塑性铰特性值,对30层高混合结构进行推覆分析,并与模型试验结果对比,结果表明：推覆分析所得基底剪力-顶点位移曲线与试验结果较符合,各构件塑性铰分布及状态与模型试验的裂缝分布及破坏模式符合较好,能够反映出混合结构各构件变形和结构整体承载力变化过程.     

轴压下局部加厚T型管节点抗冲击有限元研究

采用有限元软件ABAQUS建立冲击荷载下一端固支一端可轴向移动的T型管节点的有限元分析模型.基于该模型,研究了轴力作用下普通和局部加厚T型管节点在横向冲击荷载下的破坏模态,并对冲击力时程曲线、位移时程曲线、能量耗散等抗冲击性能指标进行了分析.分析结果表明:增加主管的厚度可以显著提高试件的节点抗弯刚度,降低节点区域的损伤;但当主管加厚部分的长度达到一定值,节点抗冲击性能将不再提高,研究结果可为管节点的抗冲击设计和损伤修复提供依据.     

变截面悬臂空心圆柱的冲击动力特性

变截面悬臂空心柱是一类在工程中有着广泛应用的特殊结构。为了研究其在冲击荷载作用下的动力特性,通过准静态极限分析与冲击动力学理论,对其在等厚度与变厚度两种情形下的冲击响应展开研究。定义了荷载位置参数与塑性铰位置参数,并根据荷载位置参数给出了塑性铰位置的判定条件。利用动量定理与动量矩定理推导了悬臂端加速度的表达式以及塑性铰位置参数的控制方程。根据分布惯性力与剪力的微分关系以及剪力与弯矩的微分关系分别推导了剪力和弯矩的表达式;分析了荷载位置参数对塑性铰位置参数与悬臂端加速度的影响,以及塑性铰位置参数对悬臂端加速度的影响。算例结果表明：悬臂端加速度与塑性铰位置参数的本文解与数值解吻合良好;塑性铰位置参数随荷载位置参数的增大而增大,且二者关系几乎呈线性;悬臂端加速度随荷载位置参数、塑性铰位置参数的增大而减小。可见当冲击荷载明显超过固定端的静态极限荷载,且荷载位置参数小于临界荷载位置参数时,变截面悬壁空心柱将在柱中产生塑性铰。因此,出于结构可靠性考虑,工程中应对此类问题予以重视。     

侧向冲击作用下钢管混凝土构件的简化分析模型

对两端固定的钢管混凝土构件在冲击作用下的动力响应进行数值模拟,通过分析构件支座与跨中塑性铰形成机制及特征,提出了圆钢管混凝土构件在侧向冲击作用下的简化分析模型.一系列工况的比较与验证表明,简化分析模型估算结果与数值模拟结果误差较小,该模型在估算跨中、支座动态截面极限弯矩以及跨中截面最大挠度方面,可以得到比较满意的计算结果,可为工程提供参考.     

带支撑箱形钢拱的平面外弹性屈曲性能分析

为提高钢拱的平面外稳定性,钢拱的平面外通常布置有一定数目的弹性离散支撑。该文研究了拱顶设置单个弹性支撑作用时,箱形截面钢拱的平面外弹性屈曲性能。首先采用能量法推导得到了弹性支撑作用下,箱形截面纯弯两铰拱和纯压两铰拱的平面外弹性屈曲荷载;其次结合无支撑拱的弹性屈曲性能,获得了弹性支撑的门槛刚度计算公式。该方法的结果与有限元计算结果吻合较好,可以作为离散支撑均匀分布的箱形截面钢拱平面外弹塑性稳定设计的基础。     

冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件非线性畸变屈曲承载力计算方法

为研究冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件畸变屈曲承载力计算方法,基于能量法采用大挠度理论对部分加劲板件的非线性畸变屈曲承载力进行推导分析,得到冷弯薄壁型钢部分加劲板件屈曲稳定系数和畸变屈曲承载力计算方法,并采用有限元分析结果验证该方法的精确性。利用我国现行国家标准GB 50018—2002"冷弯薄壁型钢结构技术规范"中的有效宽度法公式计算畸变屈曲承载力,与分析提出的建议方法计算结果进行对比分析。研究结果表明:基于能量法提出的计算畸变屈曲承载力方法是精确、可行的。在修正部分加劲板件屈曲稳定系数的基础上,可以采用我国现行国家标准GB 50018—2002"冷弯薄壁型钢结构技术规范"中有效宽度法的公式计算发生畸变屈曲的构件截面承载力,从而建立了考虑局部和畸变屈曲承载力的统一计算公式。     

薄柔H型钢柱抗侧向冲击性能研究

基于经实验校核的非线性有限元模型,重点对影响薄柔H型钢柱在侧向冲击荷载下力学性能的主要因素如冲击速度、冲击质量、冲击位置、轴压力等进行了分析。结果表明,冲击能量的增加导致钢构件耗能的增加;冲击时间主要由冲击质量决定;最大冲击力主要由冲击速度决定。同时冲击速度使钢构件单位位移下的耗能提高,而冲击质量并不能改变构件在单位位移下的耗能。随着轴压力的增大,冲击力降低,撞击处位移增大,耗能逐渐增大,且轴压力对构件耗能在冲击力平台阶段的影响显著。研究结果可为薄柔构件冲击设计提供参考。