轴压套管构件的理论和试验分析及设计

针对轴压套管构件,分析了柔性套筒约束下内核的变形过程,提出了套管构件的设计公式、相关构造和内核的轴力-轴向位移非线性计算模型.理论与试验的对比研究表明：当内核与套筒的刚度比小于0.005时,内核可以由低阶屈曲模态变形到高阶屈曲模态;当内核与套筒的刚度比大于0.005时,内核将与套筒一起发生侧向失稳破坏.套筒较刚、内核长细比较小、内核-套筒净间隙较大,不利于显著提高内核的轴压承载力．内核外伸套筒部位是薄弱部位,为避免该部位的屈曲,需要减小该部位的长度,并对该薄弱部位予以加强.与传统圆钢管相比,套管构件中轴压内核的承载力有大幅度提高,同时内核的延性有较大改善.     

冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱轴压承载力研究

通过ABAQUS有限元软件对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的轴压性能进行了研究. 通过比较试验和有限元分析获得的破坏模式、荷载-位移曲线以及极限承载力,发现二者具有良好的一致性,从而验证了有限元模型的准确性. 基于验证的有限元模型,分析了开孔间距、孔型、长细比、腹板加劲肋板件高度以及翼缘宽厚比等对冷弯薄壁型钢加劲腹板错列开孔柱的受力性能的影响. 结果表明：所有构件的破坏模式均以畸变屈曲失效破坏为主. 增加错列开孔之间的间距可提升构件的极限承载力,且错列开孔构件的承载力相较并排开孔的构件可提升10%以上. 孔型对构件的极限承载力影响较小. 随着腹板加劲肋板件高度的增加,构件的极限承载力总体呈上升趋势. 相较V形加劲截面构件,Σ形加劲截面构件的极限承载力提升约6.5%. 随着构件长细比的增大和翼缘宽厚比的增加,构件的极限承载力均会有所下降.     

负载下焊接加固通信铁塔轴力构件非线性屈曲性能研究

目前,负载下焊接增大截面加固钢结构构件的方法在加固工程中的应用已经非常普遍,为了研究初始负载下焊接加固前后角钢构件的受力特性,运用通用有限元分析软件ANSYS对其进行数值模拟分析.模型考虑初始缺陷以及加固过程中热输入的影响,对不同负载大小及长细比的角钢构件进行非线性屈曲分析.结果表明:采用移动高斯热源模拟焊接加固过程,可以较好的反应实际加固过程;在杆件长细比不变的情况下,随着初始负载的增大,极限承载力逐渐减小;初始负载不变,随着长细比的增大,杆件初始几何弯曲增大,其极限承载力减小.     

预制CFRP筋增强条加固素石板受弯性能有限元分析

为研究预制碳纤维增强复合材料(CFRP)筋增强条加固石板受弯承载力的影响机理,并基于理论提出加固石板的受弯承载力计算公式,采用有限元程序对预制CFRP筋增强条加固石板受弯性能进行非线性数值模拟.在验证有限元模型可靠性的基础上,进一步开展参数分析,研究CFRP筋直径及配筋率、增强条宽度及厚度对预制CFRP筋增强条加固石板受弯承载力的影响规律.模拟结果表明:加固石板的极限承载力随CFRP筋配筋率的增大而增大,对开裂荷载的影响较小;开裂荷载随增强条宽度及厚度的增大而增大,对极限承载力的影响较小;有限元模型能模拟构件的开裂及破坏形态,且提出的计算公式能预测构件的开裂弯矩和极限弯矩.     

腹板开孔冷弯卷边槽钢轴压构件受力性能及设计方法

对26根腹板开长圆孔和未开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件进行承载力实验研究,分析构件的屈曲模式和极限承载力.利用我国现行国家规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018—2002、北美冷弯钢结构构件设计规范AISI S100—2012计算构件承载力并与非线性有限元数值模拟结果及实验结果进行分析比较.在此基础上,对腹板开长圆孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究.结果表明:对于中等长度腹板开孔,冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现局部、畸变和整体屈曲的相关作用;腹板开孔对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用;采用折减构件有效截面面积的修正方法可计算开长圆孔构件的畸变屈曲稳定承载力;非线性有限元可用于腹板开孔冷弯薄壁型钢构件的屈曲模式和极限承载力的分析.     

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.     

圆端形钢管混凝土柱偏压力学性能研究

采用ABAQUS有限元软件对圆端形钢管混凝土压弯构件进行工作机理及参数分析,研究结果表明:在偏压状态下,圆端形钢管混凝土具有较高的承载力和较好的延性;钢管能对核心混凝土提供有效的约束,约束效果主要集中在圆弧段;圆端形钢管混凝土偏压承载力随着钢管强度、含钢率的提高而提高;随着核心混凝土强度提高,构件承载力增大,延性降低;随着长细比增大,构件承载力降低;截面高宽比对构件偏压承载力影响较小,随着截面高宽比增大,构件延性有降低的趋势.     

压-弯-扭共同作用下闭口截面钢构件弯矩作用平面内极限承载力

利用Umansky闭口截面扭转理论,在现行GB 50017—2003"建筑钢结构规范"的基础上,得到适用于压-弯-扭共同作用下闭口截面构件弯矩作用平面内极限承载力的计算方法;采用数值分析方法对提出的设计公式进行验证,在建模时引入初始几何缺陷和残余应力,在分析时考虑几何非线性和物理非线性的影响;最后针对扭矩作用下矩形截面压弯构件截面塑性发展规律进行分析。研究结果表明:本文所提出计算公式能够真实反映构件的受力状态,使用便捷;在压力、弯矩和扭矩共同作用时可能存在的7种荷载路径对矩形截面钢管的极限承载力几乎没有影响;构件的抗弯和抗压极限承载力随着扭矩的增大而降低,且降低的程度越来越大;约束扭转的存在只会使截面最危险点更早地进入塑性状态,而对截面最终承载能力的影响不大,因此,根据自由扭转理论提出的设计公式对于存在约束扭转的矩形截面构件依然适用。     

三面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱耐火极限研究

目的研究方钢管约束钢管混凝土柱在三面受火情况下的耐火极限,为其抗火设计提供依据.方法在合理选取材料属性与边界条件的前提下,利用ABAQUS有限元软件建立三面受火的方钢管约束钢筋混凝土柱的数值模型;在模型合理基础上,分析荷载比、长细比、截面尺寸、荷载偏心率和含钢率等参数对构件耐火极限的影响.结果荷载比和长细比对结构的耐火极限具有更显著的影响,耐火极限随荷载比和长细比的增大而减小;构件荷载比由0.4增至0.6,其耐火极限下降54.60%;长细比由20升至40,耐火极限下降25.68%;当含钢率由2%上升至4%时,构件的耐火极限上升10.94%;荷载偏心率对结构的耐火极限影响较为复杂,构件耐火极限在e/i=-0.2时极限承载力迅速提高.结论减小构件长细比,并增大含钢率,可有效提高构件耐火极限.     

焊接H形截面钢柱板组弹塑性相关屈曲和容许宽厚比

建立了竖向轴压力和单调水平荷载作用下焊接H形截面悬臂钢柱板组弹塑性相关屈曲的有限元分析模型,通过改变轴压比、翼缘宽厚比、腹板高厚比及翼缘-腹板厚度比等参数,对非特厚实截面钢柱进行几何非线性和材料非线性有限元分析.然后,基于分析结果,利用最小相对误差拟合法得到极限弯矩比的实用计算公式.最后,基于整体-局部等稳原则导出板组容许宽厚比相关曲线方程,并通过算例对容许宽厚比相关曲线与钢结构设计规范的翼缘和腹板宽厚比限值曲线进行比较.结果表明:构件长细比较小时,规范规定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范围;翼缘宽厚比与腹板高厚比限值相关,并且两者均随轴压比、翼缘-腹板厚度比、构件长细比、塑性发展系数的变化而变化.     

蜂窝状钢骨混凝土T形截面异形柱的正截面受力性能分析

为了比较全面地探讨蜂窝状钢骨混凝土T形柱的正截面受力、变形特性,对其进行单调加载试验,以考察在偏心压力作用下该新型构件的破坏形态、受力与变形特性;利用ANSYS有限元分析软件对T形截面柱进行非线性有限元分析,研究钢骨腹板开洞率、配钢率、配箍率、加载角、偏心距、构件长细比、混凝土强度等级以及钢材牌号等主要因素对该新型构件性能的影响及其规律,并提出设计建议.研究表明:该新型构件的破坏模式表现为"受压破坏"的形态;在荷载不超过极限荷载的90%之前,该新型构件的截面应变符合平截面假定,正截面受力性能优于桁架式钢骨混凝土T形柱;极限承载力随着配钢率、配箍率、混凝土强度、钢材强度的增加而增加,但随长细比、加载角和偏心距的增加而降低;加载角和偏心距的改变对蜂窝状钢骨混凝土T形柱的正截面承载力影响很大,设计时宜尽量避免出现大偏心距和大加载角的受力状态.     

复合纤维抗弯加固混凝土外伸梁试验研究

通过对T形截面外伸梁复合纤维抗弯加固的静力试验 ,分析了持荷加固和损坏加固对复合纤维抗弯加固钢筋混凝土梁强度、刚度及挠度的影响 ,探讨了外伸端支座区域复合纤维与混凝土之间粘结应力的分布规律 ,研究了不同加固方式对抗弯加固效果的作用 .试验结果表明 :复合纤维加固钢筋混凝土梁能有效提高梁的极限承载力 ;加固量较多时能提高梁的第二刚度 ;当发生剥离破坏时 ,持荷加固对梁的极限承载力影响不大 ;损坏后加固和不损坏加固极限承载力相近 ;不同加固方式对极限承载力和刚度有很大影响 ;负弯矩区复合纤维延伸长度很短     

初应力对钢管混凝土轴压构件受力性能的影响

进行了初应力对钢管混凝土轴压构件受力性能影响的试验研究,提出了有限元计算方法,以初应力度与长细比为参数探讨了有初应力构件的力学性能.分析结果表明,初应力使构件弹塑性阶段提前、弹性极限荷载降低,同时极限荷载推迟出现,构件切线刚度降低.钢管混凝土轴压构件极限承载力随着初应力度的增大而降低,降低幅度随着长细比的增大而增大,但这种降低作用并不显著.     

不锈钢工字形截面构件轴心受压整体稳定计算方法

为了研究不锈钢工字形轴心受压构件的整体稳定承载力,采用ANSYS软件建模对不锈钢轴压构件进行非线性有限元模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了所建立的有限元模型的准确性.采用经试验验证的有限元模型对不同几何初始缺陷、截面残余应力、材料力学性能、截面宽厚比以及长细比的不锈钢工字形构件整体稳定承载力进行了参数分析,通过对比可确定材料力学性能、构件长细比为主要影响承载力的因素.在参数分析的基础上通过稳定承载力的数据拟合提出了整体稳定系数的三段式计算方法,并将该计算方法与试验数据进行对比,表明此计算方法可以较为准确地计算不锈钢工字形轴心受压构件整体稳定承载力.     

RECFST构件抗弯性能和抗弯承载力计算方法

文章研究了圆端形椭圆钢管混凝土(round-ended elliptical concrete-filled steel tubular,RECFST)构件的受弯性能。基于有限元方法和圆端形椭圆钢管约束核心混凝土本构关系模型的等效计算方法,建立了纯弯作用下RECFST构件的数值分析模型,考虑了材料非线性、圆端形椭圆截面特征及复杂界面接触等问题;通过分析钢材强度、混凝土强度、径厚比及长短轴比等诸多参数在长、短轴方向上对RECFST构件抗弯承载力的影响规律,揭示了其破坏模式,提出了RECFST构件的抗弯承载力简化计算公式。研究表明,钢材强度越大,径厚比越小,RECFST构件的极限弯矩越大。研究结果可为圆端形椭圆钢管混凝土结构设计和应用提供参考。     

方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能有限元分析

针对方钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点,采用ABAQUS有限元软件进行工作机理及参数分析.研究结果表明:该类新型节点具有良好的转动能力和延性;节点抗弯承载力随着轴压比的增大而降低;柱长细比对该类节点弯矩-转角曲线影响较小;增大钢管强度、混凝土强度、柱截面含钢率可有效提高节点力学性能.对于平齐式端板连接,减小外侧螺栓至钢梁翼缘距离及增大连接螺栓数量可提高节点抗弯承载力.     

钢管-木-混凝土轴压短柱有限元分析

目的 分析钢管-木-混凝土短柱在轴压荷载作用下的力学性能,研究不同参数对其受力性能的影响规律.方法 合理地选用钢材、混凝土、木材的本构关系,采用非线性有限元软件ABAQUS对钢管-木-混凝土轴压短柱进行有限元模拟,分析典型构件的荷载-位移曲线.结果 随着木材截面尺寸的增大,构件的初始刚度不变,极限承载力呈现小幅度增长,...     

薄壁槽钢柱的抗火计算方法及参数分析

基于Rankine公式，提出了一种可用于计算热轧薄壁槽钢柱抗火极限的方法，采用有限元软件MSC．MARC．Mentat对模型进行非线性有限元分析，给出模型网格划分及其失效后的变形图。对比有限元分析结果与理论解，吻合较好。并针对薄壁槽钢柱的长细比、扭转刚度参数及截面的宽高比，对其抗火性能的影响进行参数分析。结果表明：长细比是影响柱子抗火能力的最重要的因素，长细比越大，极限抗火承载力越低；弹性弯扭屈曲向弯曲屈曲转化的临界长细比不随温度的改变而改变；对于薄壁槽钢柱而言，在截面面积一定或近似的情况下，截面宽高比越大，扭转刚度参数K越小，柱子在火灾下的极限承载力越好。     

复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压力学性能研究

进行了9根带纵向加劲肋的复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压试验.试验结果表明构件的承载力随着偏心距和长细比的增大而下降,但随着核心混凝土强度的提高而提高.基于充分验证的有限元模型,研究复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的工作机理,并进行大量的参数分析.研究表明:外钢管的约束主要集中在角部,混凝土承担了大部分荷载,填充核心混凝土可改善组合构件的延性.钢材屈服强度、内钢管混凝土含钢率和径宽比越大,相对轴力-相对弯矩相关曲线的平衡点的横、纵坐标越小;但是随着混凝土强度的增大,相关曲线的平衡点的横、纵坐标均有增大的趋势;随着长细比的增大,轴力-弯矩相关曲线趋近于直线.最终建议了复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的承载力简化计算式.     

偏压角钢负载下焊接加固的承载性能分析

负载下焊接加固钢构件的方法在各类建筑结构的加固工程中已得到广泛应用,且是增大截面加固钢构件法中应用最为普遍的方法之一。为了研究负载下焊接加固前后偏压角钢构件的受力特性,运用通用有限元分析软件ANSYS对其进行数值模拟分析。模型考虑随温度变化的钢材特性以及焊接热输入的影响。结果表明:采用间接热-结构分析方法可以较好的模拟负载下焊接加固过程;焊接加固后偏压角钢的极限承载力受初始负载和长细比影响。