纯弯状态下等、变截面H型钢梁的相关屈曲对比分析

以有限元分析软件ANSYS为工作平台,基于双重非线性板壳有限元分析方法,对轻型门式刚架结构 中的等、变截面H型钢梁的相关屈曲性能进行了深入对比研究,重点考察了纯弯状态下梁腹板的局部屈曲 对其整体性能的影响．     

简支钢梁火灾行为的试验研究

为了考察火灾作用下简支钢梁的破坏特征及结构性能,对2根采用国产轧制H型钢的简支梁在不同荷载水平作用下的抗火性能进行了试验研究.采用水平燃油炉对试件进行升温,给出了采用轧制H型钢的简支梁在火灾作用下的变形和截面温度分布.试验结果表明:在火灾作用下,荷载对简支梁的挠度影响较小,对梁破坏时的温度影响较大.试验结果为H型钢梁火灾行为的理论研究提供了依据.     

螺栓拼接钢梁的抗弯性能

对具有螺栓拼接的H型钢梁进行抗弯性能试验.考虑了拼接板上不同螺栓数量对节点性能的影响,研究了拼接节点的破坏特点、抗弯强度和刚度.研究发现拼接螺栓的初始滑移对节点后续阶段的承载力和刚度产生了明显不利的影响,拼接截面应变分布不再符合平截面假定;相比无拼接H型钢梁,翼缘拼接板受力更大,钢梁挠度更大;翼缘拼接板先于H型钢梁翼缘进入屈服,但是拼接节点的极限弯矩试验值可达到H型钢梁的全截面屈服弯矩的计算值;螺栓滑移后的拼接节点不能简单地按照刚接处理.提出了考虑节点转动刚度影响的H型钢梁挠度计算方法与公式,并得到了试验数据的验证.     

波浪腹板H型钢梁翼缘局部稳定性研究

依据波浪腹板H型钢梁受压翼缘的局部屈曲特性,同时参考平腹板钢梁受压翼缘局部屈曲的研究方式,运用瑞利-里兹法推导了波浪腹板翼缘局部稳定临界荷载表达式.提出了研究波浪腹板H型钢梁受压翼缘局部屈曲的理论计算模型,此模型将受压翼缘简化为两加载边简支,与波浪腹板相连的非加载边简支,而另一非加载边自由的单向均匀受压板.由ANSYS模拟分析得到了波浪腹板H型钢梁受压翼缘的屈曲模态.对比理论推导表达式计算结果与ANSYS有限元分析结果,发现两者吻合度高,验证了所提表达式的准确有效.同时探讨了翼缘和腹板参数尺寸的变化对翼缘局部稳定临界荷载的影响.     

设置斜向加劲肋钢梁试验研究

在剪力作用下,当钢梁腹板高厚比较大时,腹板会沿主压力方向发生屈曲,从而降低钢梁承载力,为此提出了在腹板主压应力方向设置斜向加劲肋,以提高腹板的抗屈曲能力.对腹板设置斜向加劲肋的简支钢梁及在梁长四分点设置或不设置加劲肋的平腹板简支钢梁进行了跨中集中荷载作用下的静力试验,对其受力性能进行了分析,着重探讨了设置斜向加劲肋工字钢梁的腹板局部屈曲性能、屈曲形式、屈曲后强度和承载能力.试验研究表明,腹板设置斜向加劲肋工字钢梁具有优异的屈曲后能力,钢梁的极限承载能力大大提高.     

爆炸荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应及破坏模式分析

目的分析焊接工字形钢梁在爆炸荷载作用下破坏模式及影响动力响应的主要因素,为钢梁抗爆设计提供建议.方法采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,基于流固耦合的方法对钢梁的动力响应及破坏进行数值分析.结果在不同的爆炸荷载作用下,钢梁可能发生剪切破坏、弯剪联合破坏和翼缘屈曲破坏3种破坏模式;增高腹板高度可以有效地控制钢梁在爆炸荷载作用下的跨中最大位移,效果次之的是增加翼缘板厚度和腹板厚度,效果最差的是增加翼缘板宽度.结论钢梁的破坏模式与比例距离有关.随着比例距离增大,钢梁的破坏模式由剪切破坏模式转变为翼缘屈曲破坏模式.增大梁截面高度,能有效地提高钢梁的抗爆承载力.     

上下翼缘同时受荷的HM，HW型钢梁整体稳定性分析

现行钢结构规范中没有给出HM,HW型钢梁在上翼缘承受均布荷载、下翼缘承受跨中集中荷载作用下整体稳定的计算方法.根据能量理论得到的结果,考虑屈曲前变形对弯扭屈曲影响,得出上述荷载作用下双轴对称HM,HW型钢梁的临界承载能力计算公式,总结了荷载比例系数对临界弯矩的影响规律.采用有限元方法对该理论公式进行验证,在荷载比例小于3时,有限元解与理论解相差基本在5%以内.提出了这类荷载作用下钢梁的等效临界弯矩系数的计算公式.该公式最大误差不超过8%,平均误差在3%左右.     

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.     

空间薄壁CFRP豆荚杆悬臂屈曲分析及试验

空间薄壁CFRP豆荚杆工作时处于悬臂状态,为掌握其悬臂受力性能,分别以截面2个对称轴为中性轴对豆荚杆悬臂梁进行末端加载试验,得到了屈曲荷载及屈曲特性.利用ABAQUS进行线性特征值屈曲分析,并引入特征值屈曲模态作为初始几何缺陷进行非线性屈曲模拟,得到豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷及非线性屈曲特性.与试验结果进行对比分析表明:初始几何缺陷对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷影响显著,给理想豆荚杆植入适当的初始几何缺陷可有效模拟实际豆荚杆屈曲.基于试验和模拟分析,进一步对豆荚杆壁厚、铺层和杆件长细比进行参数分析,得到各参数对豆荚杆悬臂梁屈曲临界载荷的影响,对悬臂薄壁CFRP豆荚杆的设计和应用具有重要参考价值.     

单轴对称钢梁截面组合节点的抗震性能试验研究

为减小钢框架梁柱组合节点中梁下翼缘焊缝脆性破坏的风险，提出了采用单轴对称钢梁截面的梁柱组合节点形式，完成了3个1∶2的组合节点试件的拟静力试验研究，分别考虑标准型钢梁截面、上窄下宽且仅梁下翼缘削弱型的单轴对称钢梁截面及仅梁下翼缘扩翼型的单轴对称钢梁截面组合节点试件，对各试件的破坏过程、滞回行为、关键部位的应变发展、耗能性能及延性等进行了详细分析 . 结果表明：焊缝质量有所保证的组合节点试件其加载点的荷载-位移滞回曲线饱满，具有良好的耗能性能；仅梁下翼缘扩翼型组合节点试件的塑性铰在扩翼板末端的钢梁截面上形成，在梁下翼缘反复屈曲的过程中母材逐渐开裂并向腹板延伸；正弯矩作用下组合梁截面的中和轴靠近梁上翼缘，从而显著加大了梁下翼缘处的应变水平；单轴对称钢梁截面组合节点形式有助于实现梁上塑性铰外移，减小梁下翼缘焊缝处的应变集中程度；实际工程中应切实保证梁翼缘对接焊缝的质量.     

体外预应力钢－混凝土组合梁在负弯矩作用下的稳定系数研究

摘要：对组合梁施加体外预应力,可有效提高截面的开裂弯矩。负弯矩作用下体外预应力组合梁的极限承载力受失稳控制,其侧扭失稳表现为与纯钢梁不同的畸变失稳模式。本文考虑钢梁初始几何缺陷影响和残余应力影响,对体外预应力组合梁进行了有限元非线性稳定分析,计算结果与试验实测值吻合。通过改变截面参数,对25组组合梁在初始几何缺陷、不同残余应力分布和不同综合力比下的承载力进行计算,给出了预应力组合梁的长细比计算公式,与我国现行钢结构规范钢柱稳定曲线进行了比较。研究表明：承受负弯矩作用的体外预应力组合梁可用文中提出的长细比做参数采用钢柱稳定曲线进行计算。     

体外预应力组合梁负弯矩下的稳定系数

考虑钢梁初始几何缺陷影响和残余应力影响,对体外预应力组合梁进行了有限元非线性稳定分析,计算结果与试验实测值吻合.通过改变截面参数,对25组组合梁在初始几何缺陷、不同残余应力分布和不同综合力比下的承载力进行计算,给出了预应力组合梁的长细比计算公式,与我国现行钢结构规范钢柱稳定曲线进行了比较.研究表明,承受负弯矩作用的体外预应力组合梁可用文中提出的长细比作参数采用钢柱稳定曲线进行计算.     

基于弧长法的南瓜型超压气球非线性后屈曲分析

稳定性研究是南瓜型超压气球设计面临的重要课题。针对南瓜球非线性屈曲过程,对含初始缺陷南瓜球的稳定性进行研究。首先,对南瓜球进行特征值屈曲分析,得到前8阶屈曲模态及线性屈曲临界载荷。然后,基于特征值分析的模态构型给出初始缺陷分布,进一步利用非线性有限元中的弧长法分别计算临界缺陷模态和组合缺陷模态下对应的屈曲临界载荷。结果表明,南瓜球对初始缺陷较敏感,缺陷的幅值和分布形式对承压能力和失稳形态均有影响,承压能力随缺陷幅值增大而降低,说明提高南瓜球稳定性需要提高气球的加工精度。同时,对已失稳南瓜球的应力分布进行分析,发现失稳状态下南瓜球高应力区的应力水平远高于相同载荷下未失稳南瓜球的应力水平。可见,失稳现象极大降低了气球的承压能力。     

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。     

周期荷载作用下几何缺陷拱的动力稳定性

分析了周期荷载作用下几何缺陷对拱的动力性能的影响.首先将结构有限元节点坐标偏差视为随机变量,通过建立拱的条件相关矩阵,分解得出几何缺陷的分布方式及缺陷幅值标准差.在考虑动力荷载作用下结构的稳定性能时,由Lyapunov稳定性原理出发,推导出了反应结构长期动力性能的运动稳定方程,基于此方程求解Lyapunov指数.对比分析了几何缺陷拱与完善拱的动力稳定性能,研究了周期荷载作用的频率与几何缺陷的大小对拱动力稳定性能的影响.结果表明与静力屈曲模态相似的几何缺陷分布方式对拱的动力稳定性影响最大;同时存在使拱发生动力失稳的激励频率区域.     

长钢顶管稳定特性的有限元分析

随着钢顶管直径和顶进距离的不断增大,复杂受力条件下的钢顶管屈曲破坏成为了施工过程中的工程隐患.通过简化长径比超过100的钢顶管受力模型,探讨了长钢顶管稳定特性有限元分析方法.首先进行钢顶管管道的特征值屈曲计算,得到管道的一阶屈曲模态.再将一阶模态作为初始缺陷引入到钢管,进行弹塑性屈曲极限分析.通过算例分析了钢顶管在各种基本荷载及不同组合荷载下的屈曲模态,并探讨了其弹塑性稳定极限荷载的变化规律.分析结果反映了钢顶管屈曲工程案例现象,并建议通过控制注浆效果和顶进措施来提高管道的稳定安全性,对于高围压下的钢顶管尤其需要注重顶力控制.     

工程结构整体屈曲的临界荷载分析

很多工程结构的承载力取决于整体屈曲分析所确定的稳定承载能力．一般认为特征值屈曲计算值是非线性屈曲计算值的上限,而且按照第一阶屈曲模态施加初始缺陷必将减小临界荷载,通过数值计算表明实际工程中会出现相反的结果,并根据屈曲理论研究了上述现象的机理．比较了不同的屈曲类型屈曲后平衡路径的发展特征及其缺陷影响,采用若干典型结构作为算例对特征值屈曲分析进行探讨,发现其适用范围为直柱、框架及平板结构,并以实际结构为例进行了验证．通过分析得知:不同类型的屈曲形式有着不同的缺陷敏感性;屈曲后平衡路径的发展特征决定了特征值屈曲分析的偏差情况;对极值点屈曲的结构进行临界荷载分析,需要施加正负缺陷进行比较以得到最低临界荷载值．     

混凝土梁侧锚固钢板受压屈曲特性的数值模拟

采用ABAQUS软件进行参数分析,研究了梁侧锚固钢板加固混凝土梁中钢板屈曲特性受不同屈曲限制措施的影响及其变化规律.结果表明:受压钢板屈曲特性对初始几何缺陷不敏感;增大钢板厚度能提高试件屈曲承载力;减小钢板受压区螺栓间距和配置截面更大的纵向加劲肋不仅能有效提高屈曲承载力,还能有效约束侧向起拱;配置横向加劲肋对提高屈曲承载力无明显效果;纵向加劲肋对屈曲承载力的加强效果可分解为加劲肋自身屈服承载力及其对受压钢板的屈曲约束两部分,并可通过拟合公式较准确地进行计算.     

箱形预应力撑杆钢柱整体稳定性能研究

预应力撑杆钢柱具有稳定性能好、承载能力高等优点.采用有限元软件ABAQUS对中心柱截面为箱形的预应力撑杆钢柱进行了数值分析,并通过理论公式验证了数值分析的准确性.在此基础上进行线性和非线性屈曲分析,考察撑杆长度、撑杆截面尺寸以及初始缺陷大小等因素对这类结构构件整体稳定性能的影响.分析表明:当屈曲模态为对称屈曲时,增加撑杆长度可以有效提升箱形预应力撑杆钢柱的承载能力;同样地,撑杆截面尺寸对这类结构构件承载能力的影响也与其屈曲模态相关.     

钢管混凝土圆弧拱平面内非线性稳定承载力

采用考虑屈曲前变形的弹性稳定公式,基于统一理论的钢管混凝土截面抗压承载力计算方法,研究了均布径向荷载作用下钢管混凝土圆弧拱的平面内非线性稳定承载力,并在分析中考虑了几何非线性、材料非线性和拱肋初始缺陷的影响.通过对比有限元结果和各国典型设计规范提供的稳定系数公式,提出了适合钢管混凝土圆弧拱的平面内非线性稳定系数,为钢管混凝土拱桥的设计提供依据.