考虑轴压比影响时框架稳定性的刚重比控制方法

改变框架柱的轴压比,对10根钢筋混凝土柱与5根钢柱进行压弯试验,拟合了轴压比对框架柱抗侧刚度的影响公式.用等效水平力方法推导了结构临界重力荷载,提出了基于结构刚重比控制的框架重力二阶效应的稳定计算方法,给出了考虑轴压比影响时框架结构稳定性的刚重比控制方法.结果表明:考虑轴压比影响,框架柱抗侧刚度提高,使得计算的刚重比更容易满足规范关于框架结构稳定性对刚重比的要求,考虑轴压比对框架柱抗侧刚度的影响,符合工程实际,为现行规范对高层框架侧移计算的完善提供参考.     

平面框架弹塑性分析的增量内力塑性系数法

提出一种分析框架结构弹塑性响应的新方法即增量内力塑性系数法。由该方法直接得到结构弹塑性增量割线刚度矩阵,并据此提出直接迭代算法求解结构增量平衡方程。研究结果表明:直接迭代算法与经典的牛顿-拉夫逊方法相比,它不用数值积分形成结构弹塑性切线刚度矩阵,也无需在每次迭代步中计算结构整体不平衡力,简化了计算过程;弹塑性增量割线刚度矩阵可以显式给出,减少了计算工作量,且计算结果与经典解析解以及其他数值解十分接近;采用增量内力塑性系数法分析一般平面框架只需采用至多2个单元离散框架构件就可以得到足够的计算精度。     

对称撞击下钢筋混凝土框架结构的非线性响应

对钢筋混凝土框架结构在集中对称撞击荷载作用下的非线性动力响应进行理论分析.分析中考虑了落锤初始撞击速度及梁柱线刚度比的影响,并通过非线性有限元分析得到撞击力随时间变化的规律、结构的位移响应和最终变形,确定了结构塑性变形的特性及耗能情况.通过分析计算结果,提出估算框架结构受撞击处最终变形的简化分析模型,进行了简化计算结果与有限元分析结果的对比,发现:相对于梁柱线刚度比,初始撞击速度对结构撞击响应的影响较大;框架结构的塑性变形主要集中在框架梁两端及跨中,且框架梁的塑性变形随着初始撞击速度的提高明显增大;框架柱有对称向外的水平位移,塑性变形相对较小.     

有侧移框架临界力的简便计算方法

通过结构转换的方法,建立竖向荷载与水平荷载作用下的侧向刚度间联系,推导了框架结构整体抗侧移刚度的计算公式,得出了可直接计算框架结构临界承载力的简单实用的计算公式,简化了临界力的求解.同时考虑了同层柱之间的相互支援作用以及层与层之间的支援作用,弥补了规范计算长度系数法的不足.算例计算结果表明:该方法有较好的精度及准确性,对框架结构具有较好的适用性,可供工程设计和理论计算使用.     

变截面变轴力悬臂柱稳定性计算方法

介绍了等效刚度和等效负刚度的概念,通过等效刚度法和等效负刚度法建立了变截面变轴力悬臂柱与等截面柱顶力悬臂柱的等效关系,对变截面变轴力稳定性问题进行解答并给出了计算公式.通过ABAQUS有限元软件对公式计算结果进行验证,结果表明:公式计算结果相对有限元法求解结果略偏小,但其相对误差在0.6%～6.5%范围内且该公式具有一定的精度,可供计算变截面变轴力稳定问题.     

楼板对RC框架结构梁轴力和柱剪力的影响

以层数、跨数、有无楼板以及不同楼板配筋率为变量设计RC(钢筋混凝土)框架结构有限元分析模型并进行推覆加载,研究楼板和楼板配筋率对框架梁轴力和框架柱剪力的影响.研究结果表明:楼板会增大框架梁承受的轴压力从而提高框架梁的截面刚度和抗弯承载力,同时也会增大框架柱承受的剪力,导致框架结构难以实现"强柱弱梁".根据楼板对框架梁轴力和框架柱剪力的影响,基于我国建筑抗震设计规范,提出框架柱端弯矩设计值和剪力设计值调整的改进建议.通过算例分析对改进建议进行验证,结果表明该设计改进建议能更好地使框架结构实现"强柱弱梁"的破坏模式.     

异形柱轴压比限值的简化计算方法

已往异形柱轴压比限值的计算均采用网格法进行截面积分.由于不规则截面不易划分网格,为此,文中提出一种截面不需划分网格计算异形柱轴压比限值的简化计算方法.基于平截面假设,采用一种新的简便的截面高斯积分法,对钢筋混凝土异形截面柱轴压比限值进行数值分析,并编制了相应的计算程序.将理论分析与其他文献分析结果比较,发现吻合较好.该简化计算方法无需迭代,计算简便直接.     

考虑剪切变形影响的L形柱单元刚度矩阵

分析等肢L形截面柱的受力性能,在非惯性轴坐标系下,建立了考虑剪切变形及形心与剪切中心不重合影响下的L形截面柱单元刚度矩阵,并编写了L形截面柱框架结构内力分析的有限元程序.通过某三层框架结构算例,将所编程序的计算结果与ANSYS软件分析结果及采用异形柱刚度等效的计算结果进行了比较,得出L形柱的剪切变形与等效矩形柱的剪切变形差异较大及考虑扭转效应对L形柱的扭矩影响较大的结论.     

多支承轴系轴承受力与刚度的有限元迭代计算方法

为了准确计算多支承轴系中每一个轴承的受力与刚度,分析预紧力对轴承刚度的影响,提出了一种基于有限元分析的迭代计算方法.该方法考虑了主轴受载后轴承受力与刚度的相互影响关系,在轴系和单轴承的有限元模型中利用受力-变形-刚度关系式进行迭代求解,以此寻找轴承受栽后的平衡状态.通过与典型数值计算结果的比较可以看出,所提方法解算出了每一个轴承的受力和刚度,解决了多支承轴系的超静定问题和支承一轴承受力分配问题.通过轴承受载变形实验同时验证了方法的正确性.     

2种不同刚度模型下框架结构扭转性能分析

基于传统框架结构扭转近似计算中,框架柱抗侧刚度是采用D值法计算的,其计算较复杂、烦琐,为简化计算,引用Smith ＆ Coull法计算框架柱抗侧刚度。为保证计算方法可靠,对框架结构算例在这2种刚度计算模型下得出的扭转性能进行对比分析。研究结果表明,在2种刚度计算模型基础上得到的框架结构总扭转角、层间相对扭转角、楼层剪力等扭转性能结果非常相近,而Smith ＆ Coull法较D值法计算更为简便,故在框架结构的扭转近似计算中可优先选用。     

排架柱抗弯刚度折减系数探讨

采用构件折减刚度考虑二阶效应的弹性有限元法是新纳入中国《混凝土结构设计规范》较先进的结构分析设计方法,该方法的准确程度主要依赖构件折减刚度取值的合理性.鉴于该规范尚缺乏确定排架柱相应折减刚度的分析研究成果,以单跨工业厂房变阶排架柱为研究对象,通过对一系列典型排架结构算例进行最不利荷载条件下的非弹性有限元全过程模拟,并采用折减刚度的弹性二阶分析所得柱顶侧向位移与非弹性有限元模拟的柱顶位移等效为条件,选定了适用于排架柱的刚度折减系数后,再以所选刚度折减系数完成的弹性二阶分析所求得的各控制截面内力与非弹性有限元模拟结果的相符性证实了初选排架柱刚度折减系数的合理性.     

半刚性连接空间钢框架结构的二阶非弹性分析

将有限单元法与梁柱法相结合，建立了半刚性连接的空间钢框架结构的二阶弹塑性分析方法。该法综合考虑了几何、材料和半刚性连接效应。基于非线性连续介质力学理论和考虑剪切效应的稳定插值函数建立的严格三维梁柱单元刚度方程，包含了轴向、剪切、双向弯曲与扭转及其各耦合效应。三维单元简化塑性区模型可模拟塑性扩展，利用梁单元两端抗转弹簧来模拟半刚性连接效应。使用包括几何、材料和连接非线性的数值算例来检验文中方法和所编计算机程序的可行性、有效性与精确度。算例表明，利用该程序，每个构件只需一个单元即可准确预测三维结构的极限荷载与失稳模态，可提高结构非线性空间性能的分析效率。该程序可用于三维结构的多重非线性全过程分析，为建立高层钢结构的高等分析方法奠定了基础。     

不同轴力对钢筋混凝土剪力墙抗震性能的影响

轴向力对钢筋混凝土剪力墙在反复荷载作用下的承载力和延性等性能具有显著影响。为系统研究轴拉力和轴压力对钢筋混凝土剪力墙的抗震性能影响规律,本文基于有限元软件开展了剪力墙拉剪性能和压剪性能的数值模拟研究。基于反复荷载作用下剪力墙的试验结果与分析模型计算结果的对比,验证了分析模型的合理性。通过7片钢筋混凝土剪力墙的受力性能分析,深入探讨了轴力对剪力墙抗震性能的影响规律。结果表明：剪力墙的承载能力和水平抗侧刚度随轴压力的增大而增大,随轴拉力的增大而减小。轴压比为0.1、0.2的剪力墙,延性较好,能够满足抗震要求,剪力墙延性随轴拉力的增大而减小。以《混凝土结构设计规范》中钢筋混凝土剪力墙的斜截面受剪承载力计算公式为基础,提出了轴力影响下剪力墙斜截面受剪承载力的分析预测公式。     

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.     

一种考虑杆件初始弯曲的非线性杆单元

在假定杆件初始弯曲为半波正弦曲线的基础上,提出考虑初始弯曲的非线性杆单元,推导了轴力与轴向变形的关系和轴向切线刚度的表达式,得到了初始弯曲对轴向刚度的影响系数.分析表明,初始弯曲影响与刚度比、初始弯曲幅值、轴力大小以及杆单元长度有关.结合某索拱结构工程实例,研究不同初始预应力取值下,杆件初始弯曲对结构非线性稳定性能的影响程度和影响规律,结果表明:杆件初始弯曲对结构屈曲前的整体刚度影响很小,但对结构的极限荷载与屈曲后性能影响较大;初始预应力取值的增加对结构的位移控制非常有效,但是对结构的刚度影响却很小;在不同初始预应力取值下,极限荷载随杆件初始弯曲变化的规律相似,并且都接近于线性.非线性杆单元能够广泛应用于桁架结构和网格结构的设计与分析,在考虑杆件初始弯曲后,将使结构的设计与分析更加合理、更加科学.     

承插型盘扣式模板支撑体系节点半刚性研究

承插型盘扣式钢管模板支架目前在土建工程中广泛采用,其搭设方案直接关系到施工安全。目前针对这种支撑体系连接部位的研究较少,我国规范指出应采用半刚性连接模拟,并给出了一个刚度值,但没有说明应用范围。大多数研究者认为规范给出的节点刚度值低估了承插型盘扣式钢管模板支架的承载能力。针对实际工程的需要,通过足尺模型逐级加载试验,测试模板支架立杆的轴力,并通过有限元分析,对比实验和数值模拟结果,得到半刚性节点的刚度建议值。所得结果可为实际工程中该类模板支撑体系的计算分析提供试验和数据参考。     

新型承插型盘扣式模板支撑体系承载力计算方法缺陷分析

对承插型盘扣式模板支撑体系的承载力进行准确预测,有着十分重要的工程意义,但目前普遍采用的承载力计算方法中存在诸多缺陷。根据规范建议方法设计搭建某实际工程承重型高大模板支撑体系。通过现场检测以及有限元模拟分析,探讨承插型盘扣式模板支撑体系的承载力计算方法。在有限元分析中,采用水平力法考虑初始缺陷对承载力的影响,在接头处设置转动刚度值以分析钢管接头处刚度的削弱;并将有限元计算结果与现场实测值对比。结果表明:仅仅采用规范建议的方法进行计算,其结果与实测结果误差较大;考虑初始缺陷和节点半刚性后,结果获得改善;进一步考虑接头转动刚度后,承载力计算结果与实测结果吻合较好。说明在承插型盘扣式模板支撑体系承载力计算中应充分考虑钢管接头处刚度的削弱,以保证施工安全。     

考虑钢梁翼缘断裂的组合框架抗震性能分析

基于钢-混凝土组合框架抗震性能试验,考虑材料、几何及接触非线性,采用Msc.Marc建立了钢-混凝土组合框架的有限元分析模型.有限元模型中引入基于应变的钢梁翼缘断裂准则,能够较好地模拟钢梁翼缘的断裂现象.有限元模型的整体及局部计算结果均与试验结果吻合良好.在试验验证的基础上,对有限元模型进行参数分析,研究了楼板宽度、剪力连接程度、轴压比等参数对钢-混凝土组合框架刚度、强度及延性的影响.研究发现,在试验及3维建模中,为了准确反映楼板对组合框架抗震性能的影响,楼板宽度至少应取为跨度的1/4;轴压比对组合框架延性有较大影响;楼板厚度、剪力连接程度对组合框架抗震性能影响较小.结合相关组合结构设计规范,讨论了各项参数的合理取值,对组合框架抗震设计提出了建议.     

对偶性与特大增量步算法在复杂平面框架中的应用

特大增量步算法(LIM)是一种基于力法和广义逆矩阵理论的迭代算法,在简单桁架和刚架非线性初步应用中,达到相同计算精度下有同等甚至超过位移有限元的计算效率。针对工程中的复杂杆系结构,利用平衡与协调的对偶性,探讨LIM在复杂平面框架结构中的应用,建立了平面框架结构的LIM基本方程,提出了针对典型支座约束以及组合结点的处理方法。该处理方法的线弹性问题算例表明,与位移有限元相比具有至少同等的精度和相当的计算效率。在支座本身不考虑塑性的情况下,该处理方法同样适用于弹塑性问题,为LIM在复杂杆系结构的弹塑性分析中奠定了基础。     

消能摇摆钢桁架框架结构抗震性能

为研究消能摇摆钢桁架-框架结构的抗震性能,使用OpenSees有限元软件对框架结构、支撑-框架结构、摇摆钢桁架-框架结构、消能摇摆钢桁架-框架结构进行模态分析、静力弹塑性分析和动力弹塑性分析,讨论了4种结构的刚度特征、动力响应及损伤分布.此外,建立4种具有不同柱脚形式和阻尼器类型的对比结构,用以研究柱脚形式和阻尼器类型对于结构抗震性能的影响.研究表明,消能摇摆钢桁架-框架结构具有良好的抗震性能;位移型阻尼器能够提高结构刚度和承载力、减震性能更优越,速度型阻尼器可以降低地震作用;底层框架柱脚采用铰接,可以降低地震作用,并减小底层框架柱的塑性损伤.