搭接节点圆钢管桁架结构轴力计算模型

以平面K型圆钢管搭接节点的试验数据为基础,通过对试验桁架建立铰接、半铰接和刚接杆系有限元模型,计算受外荷载作用下试验桁架各杆件的轴力.有限元计算结果和试验数据对比分析可知,节点试件腹杆和弦杆轴力的试验平均值更接近半铰接模型的计算结果.进一步弹塑性分析表明,在一定的几何参数条件下,搭接节点腹杆轴力可以根据半铰接模型得到的腹杆内力比例和实际加载量确定.建议在后续的搭接节点试验中,可将非节点区域的腹杆壁厚加大,以便通过弹性方法直接反算杆件轴力.     

超载车辆作用对钢桁架梁式悬索桥的影响

针对钢桁架粱式悬索桥工程实例,通过Midas/Civil建立模型计算,运用子空间迭代法得出该桥型的动力特征;再以不同的荷载工况分析主缆和吊索的位移时程曲线及各杆件的内力变化.结果表明:车辆荷载作用下桥跨发生最大位移的部位在1/4跨处;当车辆单侧行驶时,较小荷载引起主缆两侧位移变化不大;随着车辆荷载的增大,未加载侧主缆位移变化明显小于加载侧主缆位移变化;桥梁端部吊杆与桥塔间距大于标准吊杆间距,车辆荷载作用下端部吊杆应力较大;桥梁最不利位置在端部支座位置处以及跨中位置,应重点监测桥梁端部吊杆及钢桁架下弦杆的应力变化,防止由此引起的重大事故发生.     

错列式钢桁架结构受填充墙影响的抗震研究

错列式钢桁架结构比其他结构形式可节省约40%的用钢量,结构杆件的截面比较小,填充墙刚度对结构及杆件受力性能的影响较为重要.采用有限元分析软件ETABS,建立三维空间模型模拟结构的实际受力状态,通过对错列式钢桁架结构在地震力组合荷载作用下是否计取填充墙刚度的对比分析,给出了有关技术参数及钢结构设计的建议.对于错列式钢桁架结构,应据填充墙刚度、位置及与主结构的连接方式等建立空间三维模型进行计算,分析表明,填充墙在没有因偶遇地震荷载破坏之前,具有一定的刚度,它对于结构的自振周期及杆件内力的分布有较大影响.     

铰接梁系静定互承结构的内力计算方法

为了更加高效地求解铰接梁系互承结构的内力,摈弃传统结构有限元分析的结点位移协调条件,以互承杆件之间搭接点的结点连接力为基本未知量,推导了互承杆件上结点连接力和基准点荷载之间的平衡关系,得到了基准点荷载作用下结构的静力平衡方程.根据叠加原理,将一般荷载转化为等效基准点荷载,建立了一般荷载作用下互承结构体系的静力平衡方程.通过求解平衡方程,即可得到静定互承结构的内力.进一步对三角形互承构型和阿基米德36型互承构型进行算例分析,并与ANSYS软件有限元分析结果进行了对比验证,结果显示:两种方法计算所得的内力一致,但提出的方法计算节点连接力更加简洁高效.     

半刚性钢框架竖向跨间刚度计算

根据半刚性连接梁单元的转动刚度和传递系数,利用集体分配原理和反弯点法,推导了半刚性连接钢框架的竖向跨间刚度计算公式。实例计算结果表明:在节点连接刚度由刚接变为铰接的过程中,竖向跨间刚度逐渐减小且呈非线性变化;当节点连接为铰接时,竖向跨间刚度为零。文中公式计算结果与sap 2000有限元分析软件的计算结果相近,验证了该计算方法的可靠性。     

予应力混合钢桁架试验报告

１９ ５ ８年进行了新型 １６公尺跨度的混合桁架（上弦杆力劲性钢筋混凝土,下弦杆为高强 钢丝予应力的重型杆件,腹杆为普通重型钢杆件）的试验研究。本报告包括试验桁架的设计,制 造,试验过程,试验结果和经济分析等部分。 考虑到实际结构的安装程序,荷载分三阶段叠加,即：安装荷载阶段,设计使用荷载阶段和 超载阶段。从各加载阶段的桁架垂度与应力的关系看,证明计算方法是正确的。 试验证明了桁架工作性能良好,在１４０％的设计使用荷载以内,桁架属于弹性工作阶段。之 后,力弹性塑性工作阶段。加载至１８０％设计使用荷载时,桁架频于破坏,设计安全度得到予期 的保证。 从试验看出：单杆予应力桁架用所设计的结点钣连接,能保证结构正常工作。劲性钢筋混凝 土弦杆与钢腹杆共同作用情况正常,半环形和普通承压结点钣的传力性能良好。 从原设计之６ ２公尺桁架作了经济分析比较,若钢材用Ｓｔ ５２,则混合桁架比全钢桁架可节 约钢材达４０％。     

自由形态单层壳体栓接节点

针对自由形态(free-form)单层壳体中的栓接节点,运用ABAQUS通用有限元软件对多种工况作用下的节点承载力性能进行了计算机模拟.分析了螺栓预紧力和杆件轴向拉压应力等因素对节点刚度和承载能力的影响.理论分析和试验研究表明,栓接节点处连接截面在荷载作用下会产生明显的相对转动变形,整体结构分析时对这类连接不能按全刚接连接考虑.最后,在总结受力性能和破坏模式的基础上,给出了栓接节点的使用维护和工程设计建议.本文研究将为自由形态壳体结构中的栓接节点设计提供理论依据.     

具有模糊弹性连接的杆系结构有限元方法

杆系结构各单元在节点处的连接状态往往是介于刚接和铰接之间的某种弹性连接状态。作者推导了具有转动弹性连接的杆单元刚度矩阵和荷载转移矩阵,其中考虑了横向切效应。     

自由形态单层壳体栓接节点承载力性能研究

针对自由形态（free-form）单层壳体中的栓接节点,运用ABAQUS通用有限元软件对多种工况作用下的节点承载力性能进行了计算机模拟.分析了螺栓预紧力和杆件轴向拉压应力等因素对节点刚度和承载能力的影响.理论分析和试验研究表明,栓接节点处连接截面在荷载作用下会产生明显的相对转动变形,整体结构分析时对这类连接不能按全刚接连接考虑.最后,在总结受力性能和破坏模式的基础上,给出了栓接节点的使用维护和工程设计建议.本文研究将为自由形态壳体结构中的栓接节点设计提供理论依据.     

梯形钢屋架不同计算模型屈曲分析的探讨

传统梯形钢屋架在工程分析中按铰接来计算,实际节点多为刚接,对计算结果有一定影响。本文分别建立了刚接梯形屋架和铰接梯形屋架,通过改变截面大小实现杆件长细比的变化,进行了大量屈曲承载力计算,对计算结果进行分析,发现长细比大时二者承载力基本相同,随着长细比减小刚接梯形屋架屈曲承载力明显高于铰接梯形屋架;而且随长细比变小,二者结构自重占结构总承载力比例逐渐减小。所以,从提高结构效率的角度出发,结构设计时应有意识地控制杆件长细比,不宜过大。     

考虑节点刚度的预制混凝土框架结构分析

给出了考虑节点刚度的框架梁的力学模型,推导了用节点连接刚度系数表示的半刚接梁的单元刚度矩阵,以及半刚接梁在荷载作用下的内力计算公式,并利用位移法对一单层单跨框架结构的横梁弯矩及其抗侧刚度进行了讨论.算例结果表明:半刚性连接框架受连接柔性的影响,会使框架结构横梁的杆端弯矩减小,而跨中弯矩增加;结构整体的抗侧刚度则随着节点转动刚度的增加而增加;随着梁柱线刚度比的增加,节点刚度对结构抗侧刚度的影响也随之增大.当梁的线刚度与节点转动刚度的比值α>5,结构受力性能与节点铰接时相近,而当α<0.04时,节点连接可视为刚接.综上所述,节点转动刚度对结构在竖向荷载作用下的内力以及结构整体的抗侧刚度有较大的影响.     

弦支穹顶静力性能的理论分析及实物加载试验

分别采用上弦节点刚接和铰接的假定，利用ANSYS程序分析了某弦支穹顶屋盖结构的静力性能．结果表明，两种情况下的杆件内力和位移接近，可以采用上弦铰接假定进行弦支穹项的理论分析．对半索半杆形式的弦支穹顶进行了实物加载试验，阐述了加载制度、测点布置及试验过程，同时进行了钢丝绳弹性模量测试试验．比较分析了杆件应力和节点的试验值与理论值，结果表明：在低水平荷载下，杆件应力和节点位移吻合较好，高水平荷载下受试验环境影响，试验值大于理论值；随着荷载的增加，均出现外圈索张紧而内圈索松弛的现象，指出在弦支穹顶设计时应合理设置内环索的预应力值．理论分析和实物加载试验均表明弦支穹顶具有良好的受力性能，用钢量少，施工方便，造价低，具有广阔的应用前景。     

相贯节点桁架网格结构的受力特性与有限元分析模型

相贯节点桁架网格结构通过钢管相贯节点将钢管桁架正交连接,形成空间网格结构,具有杆件、节点数量少,外形简洁美观的优点,越来越多地应用在一些大型公共建筑屋盖结构中。相贯节点的受力特性与普遍采用的铰接节点和刚接节点假定差异较大。因此,在整体分析模型中必须考虑节点域受力特性的影响才能得到较为精确的分析结果。从适用于工程应用的角度,提出简化弹簧-杆系有限元模型,采用非线性弹簧单元模拟节点半刚性、滞回性能对结构静力和动力特性的影响。     

桁架结构强度计算研究

分别采用轴力杆单元、弯曲-轴力梁单元和三维实体单元的有限元法对桁架结构进行静力分析.计算结果表明:采用轴力杆单元和采用梁单元的轴向应力接近,采用实体单元节点处的最大等效应力远高于杆单元模型和梁单元模型的应力,采用实体模型的位移大于杆单元和梁单元的位移;理想桁架中应力为零的杆件,用梁单元和实体单元计算应力并不为零;桁杆两端和节点存在应力集中,等效应力数值远大于杆件的应力.理想桁架的计算方法的杆件轴向应力虽然计算精度较高,但是不能反映节点的应力集中,桁架的强度计算应该考虑节点的应力集中.文中研究结果可以用于井架及电塔结构的强度设计.     

立体桁架结构敏感性分析及抗连续倒塌性能

采用ABAQUS动力隐式分析方法,考虑压杆屈曲的影响,对立体桁架结构进行敏感性分析,得到极端荷载作用下结构的连续倒塌破坏模式以及敏感构件、关键构件的分布规律,分析高跨比、跨度和截面形式对立体桁架抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明:倒三角截面立体桁架敏感构件为支座附近的上弦杆、A类腹杆和B类腹杆;正三角截面立体桁架敏感构件为跨中下弦杆和支座附近的A类和B类腹杆。关键构件均为支座附近A类腹杆,通过增大关键构件的截面外径,可以有效提高结构的抗连续倒塌性能。在保证相同应力比的情况下,随结构高跨比增加或跨度减少,相同位置杆件的敏感性指标增加,敏感构件分布范围增大。     

钢管拱桁架在地震作用下的动力响应研究

研究了单榀钢管空间拱桁架在地震荷载作用下的动力响应。采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元动力分析程序,探讨了该结构在竖向输入El-centro地震波作用下的动力响应,以及在各级地震荷载作用下,如何计算拱桁架的动力响应。指出结构的位移和内力响应随地震加速度峰值的增加呈非线性变化;支座附近的杆件塑性应变响应最大,发展最快,首先达到材料的极限应变而退出工作;在地震响应中,该结构支座附近的杆件是最薄弱的部位。     

动态荷载作用下不同下封层沥青路面力学响应分析

目的分析在两种不同行驶位置的移动荷载作用下,不同下封层沥青路面力学性能的差异.方法笔者对4种不同下封层的沥青路面进行室内模拟试验,获得不同下封层下基面层间的连接状况参数.在此基础上建立移动荷载作用下不同基面层连接状况的沥青路面结构有限元分析模型.结果基面层连接状态越好,移动荷载作用下所产生的应力越小;荷载位于路面中间所产生的竖向剪应力和基层层底拉应力比荷载位于路面两侧时大;在不同基面层间接触状态下,荷载位于路面两侧的竖向剪应力的差异性大于荷载位于路面中间,荷载位于路面两侧的基层层底拉应力的差异性稍小于荷载位于路面中间.结论与在路中央行车相比,在路两侧行车对路面的不利影响更小.下封层的连接效果越强,荷载对路面结构的不良影响越小,故推荐使用橡胶沥青封层.     

节点弯距在矩形钢管桁架中的影响分析

钢桁架通常按铰接体系计算,而实际结构中由于构造等原因,经常形成刚性或半刚性节点,杆件端部受到不同程度的约束而产生节点弯距.通过大尺寸的、大跨度带悬挑矩形钢管桁架的模型试验,着重分析了该桁架中的节点弯距.试验结果表明,节点弯距在本桁架中的影响不可忽略,在设计中应加以考虑.还进一步对该结构进行了两种节点构造形式的有限元分析,并通过和试验结果进行对比可知,腹杆和弦杆应分别采用相应的节点构造形式的分析结果进行设计.     

车辆随机及移动荷载作用下路面动态响应

为了探讨车辆随机动荷载对道路破坏的影响,基于二自由度1/4车辆振动模型,采用MATLAB/SIMULINK软件模拟得到车辆对路面作用的动荷载,采用ANSYS/APDL二次开发技术建立半刚性沥青路面三维有限元分析模型并实现随机动载加载,计算分析了路面在车辆随机动载作用下的动态响应规律,并与移动恒载计算结果进行比较。研究结果表明:随机动载与移动恒载作用下路面固定位置处的应力时程变化规律相似,而路面各层的应力极值波动情况明显不同,相对于固定位置处节点应力时程分析,路面各层的应力极值分布可以较好地反映车辆荷载的随机特征;随机荷载下路面各层的应力极值波动频率与所施加的动荷载波动频率相似,而且随着路面深度的增加,应力波动效应降低;随机荷载下路面应力响应数值大于移动恒载值,且随着路面不平度的增加应力响应数值变大,即在良好路面上随机荷载应力响应与移动恒载数值比较接近。     

独乐寺辽代建筑结构分析及计算模型简化

针对独乐寺辽代建筑铺作层的结构作用,应用Ansys软件建立独乐寺山门的实体模型,总结出结构在竖向荷载作用下,内力沿铺作中连接构件"斗"的连线斜向传递的规律.提出将此类结构的计算模型简化为杆系模型的原则,即沿传力路径布置杆件,将铺作简化为斜撑与桁架结构.通过山门实体模型与杆系模型在自重荷载下的应力分布比较,表明在竖向荷载作用下主要结构构件的内力计算中,杆系模型可以取代实体模型.使用上述简化原则建立观音阁杆系计算模型,将观音阁自振频率计算值与实测值进行比较,表明简化模型亦可用于自振频率的估算.