框架与正交表一处理复杂系统的新思维系列之二

轻钢结构中,压型钢板由于在其自身平面内具有较大抗剪能力,对主体结构具有明显加强作用,提高了结构的空间整体性,即压型钢板对主体结构存在明显的蒙皮效应。介绍了国内外对蒙皮效应的研究概况和蒙皮效应作用的机理、影响蒙皮效应的部分因数。     

缩口型压型钢板-混凝土组合板弯曲刚度试验研究

研究缩口型压型钢板-混凝土组合板的刚度和变形计算方法,对8块缩口型压型钢板-混凝土组合板和6块缩口型压型钢板-轻骨料混凝土组合板进行了静力性能试验研究,结合试验研究结果对组合板弯曲刚度计算方法进行了比较研究,提出了适用的缩口型压型钢板-混凝土组合板刚度计算方法.     

钢板组合剪力墙结构体系应用于高层装配式住宅的研究

钢板组合剪力墙由两侧外包钢板和中间内填混凝土组合而成并共同工作的剪力墙.因其具有较高的承载力和良好的延性,目前在超高层建筑中已得到应用,但在高层钢结构住宅中仍未得到应用.本论述提出一种竖向抗侧力构件全部采用钢板组合剪力墙的新型结构体系——钢板组合剪力墙结构体系,并对一栋采用这种结构体系的高层钢结构住宅楼进行分析计算,根据计算结果对这种结构体系的抗震性能、经济性进行评价,并对钢板组合剪力墙结构体系应用于高层装配式钢结构住宅的适用性做出评价.     

单层房屋钢木组合屋盖整体工作性能分析

目的分析验证钢板蒙皮效应对木结构框架刚度的影响,并计算屋架的刚度.方法应用ANSYS对单层房屋钢木组合屋盖结构的荷载-位移进行模拟,分析在水平荷载作用下5种组合屋盖下纵向11根柱子檐口处的荷载-位移变化情况;并应用最小二乘法对屋架荷载-位移关系进行回归分析,比较屋架刚度.结果有限元计算结果与试验结果比较,误差值最大为19.8%,最小为0.6%;所有数据误差绝对值的平均值为10.7%,有限元分析结果与试验结果较为吻合,说明采用塑性壳体单元、梁单元、弹簧单元建立有限元模型,可以较好地模拟钢木组合屋盖结构建筑的受力分析,建模方法可用于之后的有限元分析.结论研究表明山墙加钢板,主要增加了山墙框架的刚度,对中间框架刚度提高的贡献不明显;纵墙加钢板对各横向框架的侧向刚度的贡献均很小;而屋面钢板的蒙皮作用能显著提高中间每榀框架的刚度,且山墙不是绝对刚性的.     

轻钢蒙皮结构受剪承载力的试验研究

通过单榀门式刚架与蒙皮组合体的试验研究,明确了应力蒙皮结构的承载性能.试验结果表明,檩条及足够数量的连接件对于蒙皮组合体发挥应力蒙皮效应至关重要.计算结果与试验结果比较表明,采用英国应力蒙皮设计规范进行设计是可行的.     

双塔高层钢结构抗震性能的有限元分析

针对高层建筑结构分析计算中专业设计软件在大震作用下结构弹塑性分析方面存在的缺陷,以北京某双塔高层钢结构为例,运用大型通用有限元软件ANSYS建立了结构三维模型,进行了结构的动力特性和模态分析,并采用振型分解反应谱和弹性/弹塑性时程分析方法,分析了该双塔高层钢结构在地震荷载作用下的结构响应.通过对计算结果的分析可以看出,通用有限元软件能够很好地对高层钢结构的抗震性能进行分析计算;双塔高层钢结构顶部鞭梢效应明显,建议通过减小顶部结构自重并在构造上予以重视加以解决.     

金属拱形波纹屋面计算常数的等效计算

对金属拱形波纹屋面在考虑波纹效应时的计算常数进行了等效计算,并根据蒙皮结构的受力机理分析和推导了各弹性常数的修正值.     

高温下压型钢板-混凝土粘结强度的试验

对我国常用的一种类型的压型钢板与混凝土在常温下的粘结应力 -滑移关系及高温下的粘结强度进行了试验研究 .研究结果表明压型钢板与混凝土间的粘结强度随温度的升高而迅速下降 .通过对试验结果的分析 ,给出了高温下压型钢板与混凝土间粘结强度的计算公式     

轴压薄壁偏心加劲筒的总体不稳定性

在近代飞行器中,广泛采用着薄壁偏心加劲筒结构,在轴向压缩载荷作用下,加劲筒薄壁蒙皮的屈曲远较加劲筒的总体失稳发生得早,考虑到此种情况,在应用小挠度能量法计算偏心加劲筒的总体失稳临界载荷时,必须将蒙皮的刚度进行减缩,资料[3]通过引进减缩弹性模数的方法来计及屈曲蒙皮刚度的减缩效应,且将计算结果与资料[5]的试验结果进行了对照。但是该文只给出减缩弹性模数的一条曲线,没有给出简便的计算公式。本文在有效蒙皮宽度概念的基础上给出屈曲蒙皮的减缩模数的计算公式,将这一公式与资料[3]的曲线相比较,发现二者非常接近。将这一减缩模数与屈曲方程联合起来进行迭代求解,就能得出总体失稳临界载荷,对二个实际的筒子,应用本文方法进行了计算。采用割线模数作为塑性减缩系数进行非弹性修正后,发现理论计算结果与试验值非常一致。     

应力蒙皮的试验研究和有限元分析

稳定性是钢结构的一个突出问题。在各种类型的钢结构中,都会遇到稳定问题。对于这个问题处理不好,将会造成不应有的重大损失。以2010年广州亚运会体操馆工程为背景,研究悬臂带蒙皮钢板节点形式的蒙皮效应,与有限元结果对比。对比结果表明有限元分析可靠,继而用同样的方法将箱形截面梁改为工字型截面梁进行有限元拓展分析。分析表明,蒙皮可作为钢梁的侧向支撑,能够限制其平面外失稳。特别是对于工字型梁,在保证构件的整体稳定性的同时承载力也有所提高,效果明显。     

正交异性钢桥面板厚度对铺装层荷载响应敏感性分析

根据线弹性理论和层状体系理论,用有限元分析方法计算分析了钢箱梁桥面板厚度参数对铺装层的弯沉量、层顶弯拉应力、粘结层与桥面板结合处的主剪切应力的分布与变化的影响作用,并给出合理的正交异性桥面结构钢桥面板厚度参数值。     

铁路连续槽形梁桥剪力滞效应分析

为探究铁路连续槽形梁桥的剪力滞效应,以峰福线大目溪大桥为例,基于有限元法分析其在不同工况下的剪力滞效应情况,提出该结构有效宽度的建议值,并且分析截面形式对槽形梁剪力滞效应的影响。结果表明:纵桥向桥面顶板和底板桥梁中心线位置的剪力滞效应在中支座截面较为显著。不同工况作用下,中支座截面和主跨跨中截面桥面板出现正负剪力滞效应交替现象,桥面顶板剪力滞效应相比底板较为显著;对于恒载+活载工况下,中支座截面正剪力滞效应出现在顶板边缘位置和底板中心线处,而主跨跨中截面正剪力滞效应出现在顶板中心线处和底板边缘位置。在恒载+活载、主力+附加力两种工况下的有效宽度比建议值,主跨跨中附近截面取0.83、0.80,边支座截面附近取1,中支座截面取0.74、0.73;对于截面形式不同的槽形梁,其跨中截面的剪力滞效应也表现出顶板相比底板更为突出,当采用箱形桥面板时,因其桥面板中腹板的存在,会导致其剪力滞效应比板式桥面板严重。     

钢箱梁桥面铺装层状体系承载力学响应

通过有限元分析方法,根据线弹性理论和层状体系理论,对钢箱梁桥面铺装层的弯拉应力、主剪切应力在层状结构间沿特征分析路径的分布及其沿层深的变化进行了计算与分析,确定了最大弯拉应力和最大层同剪切应力层位及其量值.研究结果可以为大跨径钢箱梁桥面柔性铺装设计提供理论参考.     

桥面铺装疲劳性能参数及可靠性

探讨桥面铺装层疲劳开裂机理,并对其疲劳力学性能指标进行分析研究,以钢桥铺装层为例,得出其最大横向拉应力、最大横向剪应力、最大横向拉应变、最大纵向拉应力、最大纵向剪应力、最大纵向拉应变和其表面最大弯沉与铺装层厚度和铺装层材料弹性模量之间关系,建立起桥面铺装结构层的可靠度研究方法,提出桥面铺装可靠度各指标与大修周期的最优分配模型。     

钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪性能研究

针对正交异性钢板-超薄超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)(厚度为35mmUHPC板+20mm磨耗层)组合桥面板中,UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件形式的问题,提出一种新型钢筋网局部焊接抗剪连接件.通过推出试验测得了焊接抗剪件的荷载-滑移关系曲线和抗剪承载力,以某长江大桥为背景,对焊接抗剪件的布置方式进行了研究.试验结果表明:焊接抗剪件的推出试验破坏过程属于脆性破坏,破坏前界面相对滑移较小,焊缝长度为50mm的焊接抗剪件极限抗剪承载力为119kN.与栓钉相比,相同荷载比值下采用焊接抗剪件的界面相对滑移小,焊接抗剪件的抗剪刚度大于栓钉.计算结果表明:钢-超薄UHPC组合桥面板在布置抗剪件时,需关注UHPC层底部受力.加大抗剪连接件布置密度可减小UHPC层底部横、纵桥向拉应力,降幅可达36.3%.     

桥面单向板设计计算的研究

本文对混凝土桥梁结构行车道板中的单向板结构进行设计计算,并结合实际工程对桥面板设计计算的有效工作宽度,以及钢筋混凝土桥面板的极限承载能力与美国、澳大利亚的规范进行较为详细的对比,结果表明,按照中国现行公路桥梁设计规范(JTGD62-2004)计算的桥面单向板的有效工作分布宽度比较合理,并用有限元法对其内力的分布予以详细分析。在混凝土结构设计上,我国现行桥规计算承载能力极限状态下的抗弯、抗冲切承载力比美国规范更为保守,但混凝土的抗剪承载力国外规范偏保守一点。     

双工字钢-混组合连续弯梁桥有效宽度

由于国内外现行设计规范缺乏针对钢-混组合连续弯梁桥桥面板有效宽度的规定,本文以小半径双工字钢-混组合连续弯梁桥为研究背景,首先对比分析了国内外典型规范对钢-混组合连续直梁桥有效宽度的计算结果,然后基于数值模拟,分析研究了小半径双工字钢-混组合连续弯梁桥的剪力滞效应和有效宽度,探讨了曲率半径和布载方式的影响规律,最后考虑内、外侧主梁对应的桥面板剪力滞差异,提出了有效宽度的简化计算方法。研究结果表明：桥面板横断面正应力分布受弯扭耦合效应的影响较大,导致内、外侧主梁对应的桥面板正应力分布失去对称性,曲率半径越小,这种不对称性也越大,而车道外偏布置也会导致这种不对称性变大,工程设计计算中宜分别计算内、外侧主梁所对应的桥面板有效宽度；本文所提的简化计算方法能较好地包络有限元分析结果,且计算结果偏保守,可为同类桥梁的设计计算提供参考。     

混凝土箱梁桥铺装防水粘结层力学性能

为了探讨混凝土箱梁桥防水粘结层的实际受力状态,以沪杭高速公路拓宽改建工程箱梁段高架桥为研究实例,采用有限元方法和室内实验相结合的手段研究防水粘结层的层间粘结性能.建立节段整桥铺装复合结构模型,考虑刹车、超载、随机动荷载等因素对沥青混合料铺装层防水粘结层力学响应的综合影响.最后通过室内实验测得了几种典型的水泥混凝土桥防水粘结层与水泥桥面之间的层间粘结性能,并与理论分析结果进行了对比.分析结果表明,刹车超载对防水粘结层力学响应的影响大于由桥面不平度引起的随机动荷载对防水粘结层的影响.拉应力峰值出现在移动荷载接近于墩顶上方对应铺装表面,剪应力在移动荷载处于跨中时达到最大值.结合理论与试验分析结果,SBS(styrene butadienestyrene)改性沥青和橡胶沥青的防水粘结层主要粘结性能均满足理论分析结果的要求,可推荐为混凝土箱梁桥防水粘结层材料的首选.     

多车激励下波形钢腹板连续梁桥沥青铺装动力学响应

为研究多车激励作用下大跨径桥梁桥面铺装层的动力学响应,建立含有Fiala轮胎的多刚体实车模型以及大跨径桥梁有限元精细模型,考虑桥面随机不平顺激励,构建包含桥面铺装层的车-桥刚柔耦合系统动力学模型。计算准静态条件下桥梁控制截面的挠度,并与现场静载试验进行对比,验证了所建车-桥耦合模型的正确性与计算结果的有效性。研究不同编队多车荷载作用下波形钢腹板连续箱梁桥铺装的动力响应,不同工况对于车辆后轴悬架力和垂向轮胎力的影响,结果表明：多车荷载相比于单个车辆荷载所引起的动力响应更大,更容易引起桥面铺装和桥梁结构的早期损伤;在车辆数量相同、车速相同、前后车距相等的情况下,车辆行驶编队不同时所引起的桥面铺装层最大挠度、最大纵向应力和最大横向剪应力分别增大了19.7%、23.5%和8.0%,且最大纵向拉应力和剪应力均发生在防水混凝土-混凝土梁之间,容易产生早期疲劳开裂;车辆后轴悬架力随着载重增加而增大,垂向轮胎力随着速度和载重增加而增大。     

复合材料路面板弹性等效模型

利用弹性力学的刚度等效原理,将结构复杂的复合材料路面板简化为材料均匀的正交异性板,建立弹性等效模型,为此类问题的具体分析提供一种简明规范的方法。利用弹性力学理论,首先计算出中间方形管粘结板的各向刚度,将其等效为相同尺寸的正交异性板,由刚度相等,推导出了等效板的杨氏模量、切变模量和泊松比等结构属性的计算公式;在此基础上,将整个路面板等效为正交异性板,建立了等效板的材料属性公式化计算模型;最后,选用一块具体的路面板,利用有限元分析软件ANSYS,建立路面板和等效板的有限元模型。结果表明:从均布荷载作用下两模型的变形比较图可以看出,路面板模型的最大变形为-14.73 mm,等效板模型最大变形为-13.97mm,两者相差5.2%。由于等效板模型对变形作了一定假定,引起板刚度增大,所以计算出的位移减小,其误差是可以接受的,由此证明了弹性等效模型是正确的。