露出型钢柱脚低多层钢框架结构动力响应机理

针对露出型钢柱脚低多层钢框架动力响应机理不明确,首先定义考虑变动轴力影响的露出型钢柱脚滑移型滞回曲线模型;以框架形状、露出型钢柱脚强度系数为主要研究参量,建立13个低多层规则钢框架模型;通过弹塑性时程分析,研究动力响应.研究结果表明:随着露出型钢柱脚强度系数变小,各模型首层位移角增大,而第2层层间位移角减小;露出型钢柱脚强度系数≤0.6时,3层规则钢框架模型首层变形集中较大,6层规则钢框架模型最大层间位移分布较均匀;3层模型塑性变形能量主要集中于首层梁端,6层规则钢框架模型塑性变形能量向各层趋于均匀分布;露出型钢柱脚动力响应滞回曲线的形状和屈服弯矩等较好地吻合所提出的露出型钢柱脚滑移型滞回曲线模型.     

钢柱脚受力分析及其在实践中的应用

钢柱脚在工程建设中是比较费钢、费工的部位，本文通过对轴心受压钢柱脚的研究分析，通过几种计算分析研究，提 出钢柱脚的设计思路和对策，从而为节约用钢量打下基础。     

非滑动型连接钢框架抗冲击性能

对一种新型非滑动型钢柱脚减震装置进行了抗冲击性能研究,根据试验结果建立了非滑动型连接钢柱脚的恢复力模型,并以此对一钢框架模型进行了弹塑性时程分析.分析中采用了2种不同的方案:在钢柱脚加装减震装置;按传统外露式柱脚.将计算结果进行对比,结果表明:非滑动型连接装置可以有效的减小结构的冲击残余变形;减震装置中的弹簧和楔块有效的实现了塑性耗能,控制了冲击荷载中结构刚度的衰减;钢柱脚减震连接对底层变形的影响较明显.研究表明,这种非滑动型连接装置对于控制结构变形、耗散冲击能量具有明显的效果,使结构具有良好的抗冲击性能.     

基于IDA方法的钢柱支承网壳结构失效特征

对钢柱支承网壳结构的强震失效机理开展了系统的研究.首先通过有限元软件ABAQUS分别建立了钢支承结构的有限元模型;然后,对钢柱支承网壳结构开展强震失效机理研究,分析支承结构对网壳结构强震失效特征的影响,考察钢柱支承网壳结构的失效模式;最后,基于结构损伤理论建立钢柱支承网壳结构强震失效判别方法,得到了钢柱支承网壳结构的强震失效规律.     

外露式钢柱脚力学特性对多层钢框架动力响应机理的影响

为了研究外露式钢柱脚力学特性对多层钢框架动力响应机理的影响,首先定义外露式钢柱脚滑移型滞回曲线模型,以首层剪重比及钢柱脚强度系数等为主要研究参数,建立6个简单规则的6层钢框架模型;通过时程分析,研究各模型的动力响应。分析表明:在罕遇地震作用下,各模型各层最大层间位移角分布较均匀,外露式钢柱脚强度变化和首层剪重比提高5%等对各模型各层R值的最大值无明显影响。随模型柱脚强度系数减小及首层剪重比提高,首层塑性变形能量比例减小,而3～6层塑性变形能量比例增大;总体上塑性变形能量向各层分散。地震输入能量和结构塑性变形能量的大小与各模型的强柱系数及外露式钢柱脚强度系数等变化无关;主要取决于结构第一周期。钢柱脚滞回曲线动力响应和本文建立的外露式钢柱脚滑移型滞回曲线模型较吻合。     

两种孔型蜂窝钢柱承载力研究分析

利用ANSYS的有限元分析方法,对扩张比为1.5的圆形孔及六边形孔的蜂窝钢柱在轴心受压和压弯状态下的极限承载力进行了研究计算,并与扩张前的实腹钢柱承载力进行对比分析.研究结果表明,扩张后的蜂窝钢柱的承载力比原实腹钢柱承载力有大幅度的提高,两种孔型蜂窝钢柱承载力相近.     

工形钢柱负载下焊接加固的受力特性

目的提出能够考虑负载下焊接过程影响的有限元分析方法.方法通过运用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,对3个不同初负载下焊接加固的工字形钢柱和1个作对比用的未加固钢柱的受力特性进行分析.采用间接热结构耦合的有限元分析方法,考虑焊接热过程和随温度变化的钢材材性.结果计算结果表明,在名义初应力比不超过0.41时,负载下的焊接加固后的钢柱的极限承载能力受初始负载的影响非常小.结论笔者采用的有限元分析方法和有限元模型分析负载下焊接加固工形钢柱的受力特性具有较高的可行性.     

火灾下带墙板钢柱抗火承载力的研究

与ALC墙板相连的高频焊接H型钢柱与单纯钢柱的抗火承载力将会有所差别,文章通过有限元分析,研究了墙板对火灾下钢柱的抗火承载力影响和钢柱在火灾下的特性;将有限元分析结果与规程计算结果进行比较,验证了有限元分析的可靠性,并在此基础上分析了荷载比和截面温度梯度,为带墙板的钢柱抗火设计提供依据。     

宽肢等边角钢柱的有限元分析

利用ANSYS有限元软件对等边角钢柱的弹性受力阶段进行有限元分析,研究宽肢等边角钢柱构件变形特性的影响因素,并对其受力变形特性进行讨论分析。     

爆炸作用下钢框架单柱模型计算方法

为了求解爆炸作用下钢柱的动力响应,研究钢柱的抗爆性能,以钢柱变形后单元的弧线长度和截面转角为未知量,得到钢柱在爆炸作用下受力性能的差分计算方法,此方法可考虑钢柱大挠度和轴向变形对其截面曲率的影响;通过算例与有限元的计算结果进行对比,验证差分计算方法的可靠性,同时给出该方法的应用条件。结果表明,考虑钢柱大挠度和轴向变形的差分计算方法可有效用于钢框架单柱的抗爆计算,计算精度满足工程需要。     

爆炸与火荷载联合作用下钢柱变形与破坏的数值分析

为了探讨爆炸和火荷载对钢柱的联合作用效果,以有限元软件ABAQUS为基础,建立了爆炸和火荷载对钢柱联合作用的三维有限元数值分析方法,包括显式准静态分析、显式动力学分析、显式热传导及热应力耦合分析3个步骤,计算过程中考虑了应变速率和高温软化效应对材料本构关系的影响。通过典型的钢柱抗火试验数据验证了分析模型和方法的可行性,并利用该方法定量分析了先爆炸后火荷载联合作用下钢柱的变形与破坏特点。结果表明,爆炸荷载降低了钢柱的耐火极限。     

轴力作用下的约束钢柱受火性能参数分析

利用经过试验验证的有限元模型对轴力作用下约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析.分析结果包括各参数对钢柱轴力-温度关系曲线、钢柱跨中弯矩-温度关系曲线、约束钢柱破坏温度、无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差、约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差的影响等.参数分析表明:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;轴向约束减小约束钢柱的破坏温度,但是存在一个临界轴向约束刚度比,当大于该临界比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的破坏温度影响很小.     

负载下工形截面压弯钢构件焊接加固的承载性能分析

为研究初始负载对负载下焊接加固工字形压弯钢构件承载性能的影响,采用通用有限元分析软件ANSYS建立有限元模型,结合生死单元法并考虑了体壳耦合、接触及摩擦等,对不同初始负载下焊接加固的4个工字形压弯钢柱进行了模拟分析.研究了在受力过程中构件的荷载-位移关系、塑性渗透、加固后失稳破坏模式及稳定承载力,通过有限元结果与相应试验结果进行对比验证了试验中摩擦存在的影响以及有限元方法的可靠性,并进而与规范计算结果对比考察了现有设计方法.结果表明:初始负载越大,压弯构件的极限承载力和原构件边缘屈服承载力均越低,且初始几何缺陷能够影响极限承载力;现有规范方法不能反映初始负载对压弯构件承载力的影响而偏不安全.     

T型钢结构临时作业棚抗冲击性能有限元分析

目的为解决施工现场高空坠物对现场人员、设备以及材料引发的安全问题,对T型钢结构临时作业棚的抗冲击性能进行有限元分析.方法采用脚手板(花旗松木)和模板(杨木)作为上部防护结构,应用有限元软件ABAQUS建立模型,开发木材材料性能的子程序,研究冲击过程中作业棚的受力性能,并考虑坠落物质量、坠落高度、冲击接触面等参数的影响.结果脚手板和模板在冲击过程中均经历了冲击力从0迅速上升至最大值,坠落物与木材速度逐渐一致,冲击力趋于稳定,冲击力下降四个阶段.破坏模式为顺纹断裂、横向剪切破坏与击穿.结论木材作为上层防护材料,可以有效吸收坠落物的动能,确保整体钢框架的安全.模板由于面积大,吸收的动能以及延性均优于脚手板.     

汽车撞击与爆炸复合作用下H型钢柱损伤效应分析

为研究H型钢柱在汽车撞击与爆炸复合作用下的抗冲撞与抗爆性能,本文基于非线性分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA,通过建立汽车先撞击钢柱后爆炸的全过程模型来模拟汽车撞击与爆炸的复合作用对H型钢柱的损伤破坏.本文对比分析了汽车撞击单独作用、爆炸荷载单独作用与二者复合作用3种工况下H型钢柱动态响应的差异性.同时,采用参数化分析方法,探究H型钢柱在汽车撞击与爆炸复合作用下,轴压比、长细比、钢材强度和截面类型等因素对于钢柱损伤效应的影响.结果表明:汽车撞击偏转致使前翼缘两侧位移差异显著,质心偏移一侧明显高于另一侧;爆炸冲击造成前翼缘两侧位移较为对称,整体位移相对较大.冲击波因汽车的阻挡作用发生反射与绕流现象,致使钢柱因爆炸产生的动力响应减弱.为保证H型钢柱的抗冲撞与抗爆性能,应限制其轴向压力值,若钢材强度选用Q390,则轴压比宜控制在0.4以内.若原选用钢材强度较小,适当提高强度可提升钢柱抗冲撞与抗爆性能,但不能盲目提高.改变长细比对钢柱的抗冲撞与抗爆性能影响较小.在保持柱高与总用钢量一致的前提下,圆形空心型截面钢柱的抗冲撞与抗爆性能最优,H型截面钢柱次之,方形空心型截面钢柱最差且与前两者差距较大.本文研究成果可为后续钢柱抗冲撞与抗爆防护措施的研究提供理论基础.     

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。     

持载条件下CFRP加固轴压钢管柱试验及数值分析

碳纤维复合材料(CFRP)加固修复钢结构技术作为一种具有独特优势的加固方法,近年来成为国内外学者研究的热点.以试验研究及与有限元软件模拟相结合的方法,研究CFRP布加固轴心受压方钢管柱构件,主要讨论对于CFRP粘贴层数、不同持载程度和构件中部是否环向锚固对加固后钢柱稳定极限承载力和破坏形态的影响.     

露出型钢柱脚强度对低多层规则钢框架抗震性能的影响

为了研究露出型钢柱脚强度对低多层规则钢框架结构抗震性能的影响,首先定义了不同柱轴向力作用下的露出型钢柱脚屈服弯矩。以柱脚强度系数、层数、跨数及首层剪重比为主要研究参量,建立12个低多层规则钢框架模型。通过静力推覆分析,探讨主要研究参量对各模型各层及柱脚的受力与变形等的影响。分析结果表明:柱脚强度系数越小、首层变形集中、柱脚变形大、锚栓的塑性应变也变大。柱脚强度系数在0.4左右时,锚栓变形支配首层变形。在结构承载能力极限状态时,低层钢框架柱脚均产生轴向压力,受拉压侧柱脚屈服弯矩较锚栓屈服弯矩大;而多层钢框架的受拉侧柱脚将产生轴向拉力,受拉侧柱脚屈服弯矩小于锚栓屈服弯矩。     

车辆撞击钢结构人行天桥有限元分析

采用通用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,对车辆撞击钢结构人行天桥钢柱进行分析.分别以一定质量的小型车辆和不同质量的大型车辆正面撞击人行天桥的钢柱,考虑不同撞击速度,得到人行天桥的应力时程、柱顶位移时程、被撞位置位移时程及柱顶最大位移与车辆速度和质量的关系.通过位移等效分析,得到了小型车辆和大型车辆撞击等效静力荷载的计算公式.最后针对钢结构人行天桥的特点,提出了可行的撞击防护措施.     

考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下屈曲温度与临界温度研究

通过参数分析研究考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下的屈曲温度与临界温度。考虑转动约束刚度比、轴向约束刚度比、荷载比,建立约束钢柱有限元模型,并采用文献中的试验进行验证。研究结果表明,约束钢柱静力分析和显式动力分析的屈曲温度几乎一致,而由静力分析得到的临界温度略小于由显式动力分析得到的临界温度,差别在30℃以内。随着转动约束刚度比的增大,屈曲温度与临界温度均上升,并且转动约束刚度比对临界温度的影响更大。随着轴向约束刚度比和荷载比的增大,约束钢柱的屈曲温度和临界温度均出现明显下降。基于参数分析的结果,在已有文献中关于钢柱屈曲温度和临界温度计算公式的基础上,提出新的屈曲温度和临界温度计算公式,提出的计算公式预测结果与本文有限元模拟结果吻合较好,利用试验数据对提出的屈曲温度和临界温度计算公式的有效性做进一步的验证,对比结果表明提出的计算公式可以很好地预测钢柱的屈曲温度和临界温度。