波纹腹板钢结构工字梁-柱延性节点的有限元分析

提出了一种新型钢框架梁-柱削弱型节点,这种节点是把靠近柱翼缘的工字梁腹板局部改成具有折叠效应的波纹腹板来削弱梁的抗弯能力,将失效部位从较为脆弱的节点焊缝处转移到延性较好的梁上波纹腹板区域,达到塑性铰外移的目的.为了研究该新型节点的抗震性能,必须清楚理解其在地震荷载作用下的失效机制.本文采用有限元分析的方法得到该新型节点在低周循环荷载下的失效机理.通过有限元软件ABAQUS对局部波纹腹板工字钢梁-柱节点进行建模,分析其在拟静力低周往复荷载下的抗震性能,并与试验结果对比分析,发现试验与有限元结果吻合良好.并通过有限元分析得到了关键应力路径的应力分布图,更加详细地解释了梁局部波纹腹板型节点的失效模式及破坏机理.     

加劲对冷弯薄壁卷边槽钢局部和畸变耦合屈曲作用

为了研究加劲形式和尺寸对冷弯薄壁卷边槽钢局部和畸变耦合屈曲的作用,采用无劲截面、腹板加劲、翼缘加劲、腹板和翼缘均加劲4种截面形式的冷弯薄壁卷边槽钢柱,开展轴心受压试验研究.结果表明:相对于无加劲试件,加劲后试件的屈曲荷载均有所提升,其中腹板加劲及腹板和翼缘均加劲后抗局部屈曲效果明显,压杆的失效形式从局部屈曲向局部和畸变耦合屈曲以及畸变屈曲模式转变.进一步采用有限元方法分析了加劲尺寸对屈曲性能的影响.计算结果表明,腹板加劲深度与翼缘宽度之比约为0.12,加劲宽度与腹板高度之比约为0.2时,薄壁卷边槽钢的屈曲承载力提升幅度最大,且主要发生畸变屈曲.     

开圆孔波纹腹板钢梁弹性抗剪屈曲

进行了开有圆孔的波纹腹板钢梁腹板的弹性抗剪屈曲研究.建立了有限元模型,通过特征值屈曲分析得到弹性屈曲荷载.探讨了开孔腹板弹性屈曲应力与孔径大小、腹板高度、腹板厚度、开孔的横向偏心以及纵向偏心的关系.在已有的未开孔波纹腹板受剪屈曲承载力计算公式的基础上,通过大量的有限元数值计算,分析了各参数的影响,以折减系数的形式得到开孔后的弹性抗剪屈曲承载力计算公式.     

焊接工字钢梁腹板极限承载力的理论计算和试验

为了解焊接工字钢梁的承载力极限状态，采用有限元法对焊接工字钢梁腹板在剪力、弯矩、局部压力单独作用和联合作用下的极限承载力进行了计算，并进行了19根试件的试验研究．结果表明：高厚比较大的腹板具有很高的屈曲后强度，腹板的高厚比和横向加劲肋的间距是影响腹板抗剪极限承载力的主要因素；在腹板高厚比满足一定限值时，受弯腹板的屈曲对梁的抗弯极限承载力几乎没有影响；弯剪共同作用的腹板，当弯矩小于翼缘所能承受的弯矩时，弯矩对抗剪极限承载力的影响不大，破坏形式仍为腹板的剪切屈曲破坏．建议实际工程中利用腹板屈曲后强度时腹板高厚比限值为250，横向加劲肋的间距为(0．8～1．5)h0．     

方钢管混凝土柱与工字钢梁竖向加劲式节点拟静力试验研究

为了解方钢管混凝土柱-工字钢梁竖向加劲肋式节点的抗震性能,对两个方钢管混凝土柱-工字钢梁竖向加劲肋式节点试件进行了拟静力加载试验,研究了节点在反复循环荷载作用下的滞回性能、耗能能力、延性、应力分布和传力机制.试验结果表明,节点具有足够的承载力以及较好的延性和耗能能力,竖向加劲肋式节点的梁端弯矩大部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土.节点破坏模式为靠近竖向加劲肋端部的梁翼缘出现严重的局部屈曲,梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,而柱钢管、竖向加劲肋、梁端部均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱梁、强节点弱构件的抗震原则.     

考虑折叠效应的一种钢结构新型梁-柱节点的低周反复试验研究

提出了一种新型钢框架梁-柱削弱节点形式——波纹腹板削弱型节点.这种新型梁-柱节点是将靠近柱翼缘的工字梁腹板局部改成具有折叠效应的波纹腹板来削弱工字梁的抗弯能力,将失效部位从梁-柱节点的焊接部位转移到工字梁波纹腹板所在截面处,达到塑性铰外移的目的.而且波纹腹板还可以阻止受压翼缘在屈服之后发生局部失稳.本文通过低周反复试验考察了波纹腹板削弱型梁-柱节点的抗震性能.试验表明,波纹腹板削弱型梁柱节点的强度破坏出现在波纹腹板处的截面,梁柱连接处的焊缝没有破坏,实现了塑性铰外移的目的;而且由于波纹腹板的支撑作用,翼缘在屈服后没有严重局部失稳.另外,通过和传统梁柱节点对比发现,波纹腹板新型梁柱节点在出现塑性铰后没有出现明显的强度退化现象,波纹腹板削弱型梁柱节点的滞回曲线稳定饱满,具有更好的耗能性能.综上所述,该波纹腹板削弱型梁柱节点起到将塑性铰从梁柱根部外移、护梁柱焊缝的作用,具有良好的延性和滞回耗能性能,可以替代传统梁柱用于钢框架结构.     

正弦波纹腹板-管翼缘冷弯薄壁钢箱梁受剪性能研究

开展4根不同剪跨比的正弦波纹腹板-管翼缘冷弯薄壁钢箱梁受剪性能的试验研究与有限元分析。通过加载试验得到了足尺寸试件的受剪承载力、破坏形态和荷载-位移曲线,并采用有限元软件ABAQUS进行数值模拟。结果表明:正弦波纹腹板-管翼缘冷弯薄壁钢箱梁受剪破坏由螺钉连接强度控制,正弦波纹腹板在连接处出现孔壁承压变形和撕裂两种破坏形态;有限元分析得到的钢箱梁破坏形态与试验破坏形态一致,受剪承载力有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元模型的准确性。     

矩形钢管混凝土波纹腹板组合梁局部受压承载力研究

利用数值模拟方法对矩形钢管混凝土-波纹腹板组合梁(RCFTFG-CW)的局部承压承载力进行研究。建立了在集中荷载作用下RCFTFG-CW与波纹腹板工字形梁(IG-CW)腹板发生局部承压破坏的有限元分析模型。通过与相关文献结果对比,验证了有限元模型的可靠性。利用验证后的有限元模型研究了RCFTFG-CW的局部承压承载力、应力发展过程以及荷载作用位置对承载力的影响。分析了几何尺寸、材料特性、荷载作用长度(沿梁跨度方向)以及波纹展开长度和波长的比值对RCFTFG-CW局部承压承载力的影响。在参数分析的基础上,提出了RCFTFG-CW的局部承压承载力的设计表达式,并利用有限元分析结果验证了公式的准确性。结果表明,与IG-CW相比,RCFTFG-CW具有更高的局部承压承载力;RCFTFG-CW的局部承压承载力分别与钢管混凝土上翼缘等效惯性矩的1/4次方、腹板厚度、波纹展开长度与波长的比值、荷载作用长度呈线性增长关系;所提出的计算公式能够精确预测RCFTFG-CW的局部承压承载力。     

波纹腹板H型钢梁受压翼缘局部稳定理论研究

提出梯形波纹腹板H型钢梁翼缘局部失稳的理论计算模型,指出波纹腹板对翼缘失稳相当于提供绕腹板轴心线的弹性转动约束作用.根据边界条件假设,采用理论推导得到了翼缘局部弹性屈曲应力的三角级数解,利用有限元分析验证了边界条件假设及理论模型的有效性.指出相比于平腹板,波纹腹板对翼缘具有更强的约束作用.     

方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点非线性有限元分析

对方钢管混凝土柱-钢梁竖向加劲肋式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了单调加载下节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布.结果表明:由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线相符,由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致;竖向加劲肋式节点的梁端弯矩一部分通过竖向加劲肋传递给柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分梁端弯矩由梁端翼缘直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土;节点的破坏模式为梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰,最终梁受压翼缘出现严重的局部屈曲,而柱钢管和竖向加劲肋均在弹性范围内工作,很好地实现了强柱弱粱、强节点弱构件的抗震原则;节点核心区混凝土性能符合斜压杆受力机制.     

内衬混凝土波折钢腹板梁抗弯性能试验研究

提出了波折腹板内衬混凝土改善连续梁负弯矩区的结构力学性能.通过两点对称加载试验研究了波折腹板内衬混凝土组合梁的弯曲性能.试验表明:与钢波折腹板梁相比,内衬混凝土可限制波折腹板梁受压翼缘的屈曲,提高组合梁的弯曲强度与延性.依据试验弯曲破坏模式与应力分布,提出了弯曲强度的计算方法,理论与试验结果相比吻合较好.试验结果与理论计算方法可为波折腹板内衬混凝土结构的设计提供参考.     

薄壁箱梁剪力滞效应数值计算

运用有限元方法,采用板壳单元——Shell 63单元,对薄壁直线箱梁和薄壁曲线箱粱剪力滞效应分别进行了数值计算．将直线箱梁剪力滞效应的数值计算结果与变分法理论计算值及模型试验值进行了对比,三者吻合较好。验证了本研究数值方法的正确性．在有限元理论的基础上,进一步计算了曲线箱梁在静力荷载作用下的挠度、应力、应变及剪力滞系数值,分析了曲率半径等因素对曲线箱梁剪力滞效应的影响．计算结果表明,曲率半径对曲线箱梁的剪力滞效应影响较大．与直线箱梁相比,截面相同位置处的剪力滞系数随曲率半径的减小而增大,增幅远超过5％以上．因此在曲线箱梁的设计中应对曲率半径加以考虑．     

配置竖向预应力筋混凝土箱梁抗剪性能试验

通过对2组配置竖向预应力筋的钢筋混凝土箱梁进行受剪试验,研究了竖向预应力筋张拉与不张拉,预应力孔道灌浆与不灌浆对混凝土箱梁抗剪性能的影响,对比分析了不同参数下试验梁的破坏形态、裂缝行为、荷载-挠度关系、开裂荷载、抗剪承载能力、腹板应变以及竖向预应力筋应变等的发展规律.结果表明:对于本文试验梁,竖向预应力可将开裂荷载提高16%,竖向预应力筋张拉端的抗剪承载力比不张拉端增加2.3%,不灌浆端的抗剪承载力比灌浆端减小9.3%.由此说明,适当地施加竖向预应力可以较好地提高腹板开裂荷载,并对抗剪承载力有积极贡献,但如果灌浆不饱满则会对抗剪承载力产生很大折减.     

钢腹板-混凝土组合箱梁试验研究与有限元分析

进行波形钢腹板-混凝土组合箱梁和平钢腹板-混凝土组合箱梁的模型试验.提出模拟钢腹板-混凝土组合结构的有限元方法,并在大型通用程序ANSYS中实现.有限元计算结果得到了模型梁试验结果的验证,可用于钢腹板-混凝土组合结构的数值分析.试验与数值分析结果表明,两种组合箱梁的总体受力在弹性阶段和弹塑性阶段相似.相对于平钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱梁由于波形钢腹板的折迭效应,其抗变形能力和抗裂性能较相对较弱,但抗剪性能和抗屈曲能力较好.在破坏模式上,波形钢腹板-混凝土组合箱梁属于整体破坏,平钢腹板-混凝土组合箱梁属于平钢腹板局部屈曲破坏,其极限承载力小于波形钢腹板-混凝土组合箱梁.平钢腹板刚度小,在实际工程应用过程中应进行加劲,以防止局部屈曲破坏早于整体破坏的发生,同时也有利于避免施工过程的局部变形.     

波形钢腹板箱梁手风琴效应对预应力效率的提高研究

通过波形钢腹板箱梁加载预应力试验,以及其与有限元模型数据的对比,对波形钢腹板手风琴效应对预应力效率的提高进行了研究。通过试验数据,可以看出在张拉预应力时,波形钢腹板像手风琴一样发生了压缩现象,相较混凝土腹板箱梁,其顶底板的应力有着很明显的提高,与直钢腹板箱梁相比较,也有着一定的提升。由于波形钢腹板的手风琴效应,使得箱梁的预应力效率得到了提高,这在实际工程中有着重要的应运。     

矩形钢管混凝土翼缘及波形腹板的工字型梁承载力研究

提出一种新型工字梁——翼缘为矩形钢管混凝土的波形腹板工字梁（CFTFGs—cw）．采用有限元软件ANSYS对CFrFGs．CW及翼缘填充混凝土的普通平腹板工字梁（CFTFGs）的静力承载力进行分析．通过与试验结果的对比,验证了有限元模型的可靠性．在此基础上,运用所提出的有限元模型研究了CPTFGs．CW随着几何参数波深hr和波宽b的不同,梁的极限承载力的变化规律．结果表明,与CFTFGs相比,cFTFGs—cw具有更高的承载力和更好的稳定性,是一种静力性能优异的构件．     

波形钢腹板组合连续箱梁有效翼缘宽度计算初探

针对目前规范中缺少有关波形钢腹板组合连续梁桥有效翼缘宽度的相关规定,提出一种翼缘有效宽度计算方法,以某大跨度波形钢腹板预应力混凝土组合连续箱梁桥为背景,对其有效翼缘宽度计算进行初步研究,研究结果表明:在自重和集中荷载作用下,跨中混凝上内衬边缘的剪力滞效应显著,翼缘板的有效翼缘宽度系数分别达到0.87和0.7左右,其它部位剪力滞效应不明显;而预应力荷载作用下,波形钢腹板组合连续箱梁的各截面处的剪力滞效应均不明显,可以忽略不计,最后通过有限元计算结果与国内外规范对比发现,波形钢腹板箱梁跨中部分有效翼缘宽度与混凝土箱梁基本一致,设计计算时可参照普通混凝土箱梁;内衬边缘截面的剪力滞效应介于普通混凝土箱梁与钢箱梁之间,其有效翼缘宽度的计算也应介于二者之间。