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.     

冲击波和预制破片联合作用下H型钢柱抗爆设计

为分析近距爆炸冲击波和预制破片联合载荷作用下H型钢柱的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS-LSDYNA,采用参数化研究方法,在圆柱型炸药外侧设置预制破片,对钢柱的截面尺寸、炸药的比例距离和钢柱的防护加固进行定量研究。研究结果表明:在相同用钢量下,为提高钢柱的抗爆能力,应尽量选择翼缘宽度小于等于腹板高度的截面类型;腹板厚度较厚时,钢柱不易发生屈曲失稳破坏;较小的高厚比和宽厚比有利于提升钢柱的抗爆性能;在比例距离相同时,炸药量对钢柱的抗爆性能影响较大,在钢柱抗爆设计时应将炸药量作为主要考虑因素;在炸药量相同时,随着距离因素R增加,钢柱的破坏程度逐渐降低,但最终破坏作用呈现趋同的效果;在距离因素R相同时,随着炸药量的增加,钢柱的破坏程度逐渐加重,且破坏效果具有加速破坏效应。外粘CFRP材料对H型钢柱防护效果良好,从经济性考虑,黏结1层CFRP板就能起到很好的防护效果。     

截面尺寸对薄壁压杆双重非线性稳定的影响

在荷载作用下薄壁压杆破坏的主要形式是屈曲失稳。考虑材料和几何双重非线性影响,基于有限元分析软件AN-SYS对薄壁压杆进行了稳定数值仿真分析。采用正交试验设计方法设计试验,研究工字型截面尺寸效应对结构稳定承载力的影响,通过方差分析确定各影响因素的比例。结果表明:翼缘宽度对稳定极限载荷的影响最大,翼缘厚度次之,而腹板高度和腹板厚度对稳定极限载荷影响最小不显著。     

蜂窝式偏心受压构件腹板局部稳定性试验

目的研究蜂窝式偏心受压构件腹板局部稳定性能,得到蜂窝式偏心受压构件腹板高厚比限值.方法对具有相同开孔率的正六边形孔、圆形孔的两个蜂窝构件进行试验研究,以试验为基础,建立有限元分析模型,将试验结果同有限元分析结果进行对比;利用该模型讨论孔型、翼缘与腹板厚度比、腹板高厚比以及竖向开孔率对于弹性屈曲荷载、临界应力以及极限荷载的影响,提出蜂窝偏心受压构件腹板弹性屈曲临界应力公式以及高厚比限值公式.结果有限元分析结果同试验结果吻合良好,偏心受压时,具有相同开孔率的蜂窝构件,六边形孔腹板的局部稳定性好于圆形孔,蜂窝式偏心受压构件腹板弹性屈曲荷载随腹板高厚比的增大而减小,但随着翼缘与腹板厚度比和竖向开孔率的增大而增大.结论拟合出蜂窝偏心受压构件腹板的弹性屈曲临界应力公式,以保证腹板在发生强度破坏之前不发生屈曲为设计准则;建立腹板高厚比限值公式,该式反映了腹板高厚比、翼缘与腹板厚度比及竖向开孔率对腹板局部稳定的影响,能准确地反映蜂窝构件的实际工作状况,为实际工程提供参考.     

钢-混凝土组合梁负弯矩区弹性畸变屈曲分析

基于畸变屈曲是钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁的重要屈曲模式,钢梁下翼缘提供给钢梁腹板的转动约束刚度及侧向约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一,对工字形钢-混凝土组合梁负弯矩区钢梁腹板提供给下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度进行研究。采用利用能量法推导负弯矩区钢梁腹板对下翼缘的转动约束刚度及侧向约束刚度理论计算公式,并结合弹性介质中的中心受压薄壁杆件的屈曲理论推导钢梁侧向弯曲屈曲及侧向弯扭屈曲临界应力计算公式,进一步获得相应的屈曲弯矩。结合工程实例对转动约束刚度、侧向约束刚度及屈曲弯矩计算公式进行分析及讨论。研究结果表明:钢梁腹板转动约束刚度及侧向约束刚度均与外荷载呈线性关系,同时两者还可能出现负值;本文屈曲弯矩计算结果与ANSYS有限元计算结果较吻合;现有屈曲弯矩计算方法存在一定理论缺陷,且不同计算方法所得计算结果偏差较大;本文计算公式形式较简洁,适于工程应用。     

几何参数对预应力波纹钢腹板连续箱梁屈曲荷载的影响研究

为了防止预应力波纹钢腹板连续箱梁发生屈曲破坏,文中以某大桥为工程背景,通过空间有限元法分析了预应力波纹钢腹板连续箱梁在各种腹板尺寸参数下,钢腹板屈曲临界荷载的变化.计算结果表明:腹板折叠角越大,波纹钢腹板箱梁屈曲临界荷载越大;腹板越厚,屈曲临界荷载随厚度的增大而呈抛物线形的增加幅度越大;腹板倾斜角越大,屈曲临界荷载随倾斜角的增大逐渐增大而近似呈线性变化;腹板越高,屈曲临界荷载随着腹板高度的增大而减小.因此,合理选择腹板的几何尺寸对预应力波纹钢腹板箱梁桥的屈曲稳定起着重要的作用.     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁动力响应的数值分析

由于爆炸荷载具有峰值压强大、作用时间短的特点,钢筋混凝土梁在爆炸荷载作用下的动力响应较为复杂。为了深入研究钢筋混凝土梁的抗爆性能,应用瞬态动力分析软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土梁的三维有限元模型。数值模型中钢筋混凝土采用分离式模型,并且考虑了钢筋和混凝土材料的应变率效应。对已有文献中的钢筋混凝土梁承受爆炸荷载的试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析,结果表明所采用的数值模型可以较好地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动力响应。在此基础上,研究了钢筋混凝土梁在不同爆炸荷载作用下的破坏模式。分析结果表明,随着峰值压力的增加,钢筋混凝土梁的破坏模式由弯曲破坏转变为剪切破坏。     

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.     

不同板件宽厚比H型钢梁在冲击作用下的动态响应分析

通过Abaqus软件创建了钢梁受冲击的三维有限元模型,与霍静思教授的试验结果相比较验证了模型的有效性。基于该模型从冲击力时程、跨中挠度时程和不同板件塑性变形耗能三个方面进行分析,研究了腹板高厚比、翼缘宽厚比、边界条件和长度对H型钢梁在冲击作用下的动态响应。分析表明在截面外尺寸不变的情况下,随着腹板高厚比的增加,冲击力峰值、平台值下降;冲击力持续时间增加,翼缘宽厚比规律与腹板高厚比类似但影响程度要小于腹板高厚比。当钢梁两端固定或一端固定一端铰支时,钢梁各板件的塑性耗能从大到小依次为:腹板、上翼缘、下翼缘;但随着钢梁两端约束作用减弱,下翼缘的耗能逐渐增大。当钢梁两端铰支时,随着长度的增加,腹板、上翼缘、下翼缘的塑性耗能发生两次转变,下翼缘的耗能超过腹板成为钢梁的主要耗能板件。     

地下管线在地表爆炸荷载下的位移响应与参数分析

通过将u-p模型嵌入有限元程序建立了地面爆炸荷载下钢顶管的动态响应模型,研究了饱和土中钢顶管在地面爆炸荷载作用下的动力响应问题.以钢顶管的位移响应为主要评价指标,研究了炸药量、起爆位置、钢顶管埋置深度以及顶管半径等参数对于钢顶管位移响应的影响.研究结果表明顶管竖向位移随炸药量增大,顶管半径的增大会降低顶管在爆炸荷载下的承载能力,适当提高埋深可以显著增强顶管在地面爆炸荷载作用下的抗爆能力.此外,随着偏移距离的增大,顶管竖向位移逐渐降低,最终在爆炸荷载作用下微量上浮,顶管的水平位移也随偏移距离先增大后减小.     

支座腐蚀对钢板梁桥屈曲和承载力的影响

为研究钢板梁桥支座处局部腐蚀对结构屈曲变形和承载力的影响,选取了加劲肋和腹板腐蚀与下翼缘和腹板腐蚀两种复合腐蚀类型,建立了钢板梁桥局部腐蚀的有限元模型.分析了不同腐蚀面积和厚度腐蚀率情况下的结构屈曲变形和承载力特征,讨论了各种情况下屈曲和承载力性能存在差异的原因,研究了加劲肋和下翼缘腐蚀对于结构变形和承载性能的影响.结果表明:加劲肋和下翼缘腐蚀均会导致腹板的屈曲幅度增大,但下翼缘腐蚀对腹板变形的影响更大;腐蚀面积和厚度腐蚀率的增加均会导致结构变形增大和承载力降低,但厚度腐蚀率的影响更大;相比于下翼缘腐蚀,加劲肋腐蚀时结构极限承载力和后屈曲承载力的降低程度更大.     

长持时爆炸冲击波作用下钢梁动力响应分析

大规模爆炸时引起的长持时平面爆炸波会造成结构的整体破坏,这与接触爆炸或近场爆炸的破坏模式有显著差异,但相关研究不多。为研究长持时冲击波作用下钢梁的动力响应,首先基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了大型数值激波管模型,然后采用该数值激波管得到作用在钢梁上的反射超压时程,最后通过显示动力学方法研究了冲击波入射方向、持时、超压等参数对钢梁破坏模式的影响规律。结果表明：本文提出的数值激波管模型能较好的模拟长持时爆炸波的绕射现象,可得到可靠的反射超压和冲量时程;随着冲击波入射角度的增加,简支钢梁跨中位移增大;冲击波超压峰值相同时,随着持时的增加,简支梁跨中的最大位移有增大的趋势,而最大位移的增长速率则会变缓;简支钢梁在长持时爆炸冲击波作用下容易发射受弯破坏,而梁跨中翼缘板会出现局部屈曲现象。     

火灾中的波纹腹板钢梁弹性剪切屈曲分析

根据火灾不同时刻波纹腹板钢梁温度的变化,考虑火灾高温对结构弹性模量的影响,分析了火灾高温作用下波纹腹板钢梁的三种不同剪切屈曲模式和弹性屈曲临界应力的变化,给出了火灾高温作用下波纹腹板钢梁的局部剪切弹性临界屈曲应力、总体屈曲模式的弹性临界屈曲应力、弹性相关屈曲的临界应力的计算表达式,算例分析表明:火灾高温对波纹腹板钢梁的...     

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.     

工形截面钢梁板件宽厚比对稳定承载力的影响

建立结构钢弹塑性各向异性损伤本构关系，在此基础上，采用U．L.格式的壳体大挠度双重非线性有限元方法，分析工形截面悬臂钢梁翼缘宽厚比、腹板高厚比对循环荷载作用下梁稳定承载力的影响，提出钢梁在循环荷载作用下翼缘和腹板宽(高)厚比的相关公式。     

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.     

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.     

浅水爆炸冲击荷载下高拱坝抗爆性能分析

水下爆炸冲击荷载作用下大坝动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多.通过构建高拱坝水下爆炸大型数值全耦合模型,考虑混凝土材料的高应变率效应,采用三维非线性有限元法对近水面水下爆炸冲击荷载作用下的大坝动态响应进行了全性能数值仿真,探讨了高拱坝在浅水爆炸冲击荷载作用下的动力响应、潜在破坏模式及失事机理,研究了爆心距及炸药量对大坝抗爆性能的影响.研究结果表明:拱坝由于其拱形受力特点,具有较高的承压能力;在常规小当量炸药爆炸冲击荷载作用下,坝体仅产生局部开裂破坏;当大当量高能炸药在库区浅水近场爆炸时,上游面坝顶中部发生严重压碎和剪切破坏并形成上下游贯穿的裂缝,且裂缝向坝体下部扩展至1/2坝高处,导致坝体产生严重破坏.     

高强度工字钢梁抗弯性能试验

为了研究高强度工字钢梁的抗弯性能和延性,基于混合设计的理念,采用中国产高强度、高性能钢HPS485W(名义屈服强度为485 MPa)和传统钢种Q345,设计并加工了3片简支工字钢梁,在跨中加载对试验梁进行抗弯试验。试验后分析试验梁的应力变化、变形特征、破坏形态及承载能力。分析结果表明:在有效的侧向约束下,高强度钢梁最终破坏时跨中均形成塑性铰,试验梁的最终破坏形态均为跨中附近受压翼缘和受压区腹板的局部屈曲;对于混合设计的高强度钢梁,翼缘和腹板材料有合理的强度匹配范围,当采用强度较高的HPS485W翼缘时,建议腹板钢材强度的选取不低于Q345;翼缘的尺寸效应是影响试验梁抗弯承载力和延性的重要因素,随着翼缘宽厚比的增大,在试验梁屈服后的非弹性阶段,受压翼缘局部屈曲出现的较早,且受压翼缘的局部屈曲程度更显著,降低了钢梁非弹性阶段的变形能力。     

腹板开孔对冷弯薄壁C型钢简支檩条受力性能影响

为了研究腹板开孔对冷弯薄壁C型钢简支檩条受力性能的影响,选取不同孔洞直径和间距的腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条进行有限元受力性能分析,分析腹板开孔冷弯薄壁C型钢简支檩条的刚度、承载力、应力分布和破坏模式,研究孔洞离支座距离、孔径和孔间距对简支檩条受力性能的影响。结果表明:仅距支座檩条高度(H)以上处开直径不超过檩条高度1/2孔洞时,开孔基本不影响C型钢檩条的受力性能。腹板沿全长均匀开孔会降低檩条的受力性能,随着孔径增大,孔距减少,檩条的受力性能降低,弹塑性阶段越短,屈服荷载、极限荷载明显下降,构件整体刚度下降,位移增大明显。当开孔直径不大于H/3、孔间净距不小于3H时,开孔对檩条极限荷载基本没影响,位移增大不到1.4%。开孔对檩条破坏模式没有影响,均表现为跨中上翼缘屈曲,跨中上、下翼缘应力达到屈服。