浅谈门式刚架的设计与应用

门式刚架结构采用以概率理论为基础的极限状态设计方法。由于门式刚架轻型房屋钢结构自重小,一般可不进行抗震设计。门式刚架应根据具体要求选择较为经济的跨度,柱距应在6~9m之间,同时应该重视对柱脚螺栓、隅撑、支撑的设计。     

钢结构门式刚架设计要点及常见问题分析

门式刚架的应用越来越广,但现在的设计中存在不少不合理的情况,造成了质量隐患或者浪费材料。阐述了门式刚架的设计要点,包括结构形式设计、柱脚设计、节点设计、支撑设计等,找出了设计中存在的一些问题,并且提出了相应的正确做法。     

柱脚嵌固度对山形门式刚架结构分析的影响

导出柱脚底板荷载—转角公式后．提出了考虑柱脚嵌固度的刚架结构分析方法．通过算例分析．得出柱脚嵌固程度及其对山形门式刚架内力、位移的影响幅度．     

门式刚架平面内失稳类型的判别

平面内失稳的类型主要有对称失稳和侧移失稳两种.为了判断门式刚架结构的失稳类型,利用ANSYS有限元程序,对计算模型进行几何非线性分析,从拱效应比值Ω和水平荷载与竖向荷载比值Ω0入手,作出刚架的荷载位移关系曲线.分析曲线后得出:对于柱脚铰接门式刚架,当Ω0/Ω≤0.1,刚架随着荷载的增加发生对称失稳;对于柱脚刚接门式刚架,当Ω0/Ω≤0.6,则刚架随着荷载的增加发生对称失稳.     

可拆卸式钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键的抗剪性能试验研究

采用高强螺栓剪力键连接的钢-预制UHPC组合梁具有性能优越、施工方便、构件拆除更换快捷等优点。目前缺乏关于UHPC中高强螺栓剪力键抗剪性能的相关研究,限制了该类组合梁的工程应用。基于此,试验共设计16个推出试件,探究螺栓直径、螺栓等级、螺栓预紧力和剪力键类型对钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键抗剪性能的影响。试验结果表明,推出试件以剪力键剪断为主要破坏模式,剪切面下方发生局部混凝土受压剥落,而预制UHPC板外表面仅在预制槽周边观察到细微裂缝。随着螺栓直径从16 mm增大至27 mm,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力、初始抗剪刚度和延性分别提高了210%、128%和124%;当螺栓等级从4.6级提高到12.9级时,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力、初始抗剪刚度和延性分别提高了124%、77%和92%;随着螺栓预紧力等级从0.2增大到1.0时,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力和延性变化不明显,但初始抗剪刚度提高了80%;相比于相同直径的传统焊钉剪力键,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力有所下降,但整体抗剪性能仍满足结构性能要求。结合试验结果,分析现行国内外规范对钢-混凝土组合梁中剪力键抗剪承载力计算公式的适用性,并在此基础上提出一条更精确的计算公式用以预测钢-预制UHPC组合梁中螺栓剪力键的抗剪承载力。此外,研究提出适用于预测钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键荷载-滑移关系的计算模型,模型预测结果与试验结果的相关系数处于0.98到0.99之间。     

两种约束条件下平面门式刚架的屈曲分析

应用ANSYS有限元程序,对均布荷载作用下平面门武刚架进行了屈曲研究,在数值模拟中,考虑了不同的约束条件、不同高跨比和坡度等因素对屈曲载荷的影响。结果表明：柱脚两端铰接时,高跨比为0.25是刚架发生对称屈曲和非对称屈曲的分界线;柱脚-端铰接-端固接时,其高跨比的分界线为0.33,此时刚架的临界屈曲载荷比两端铰接时大。     

预制节段桥梁钢榫键接缝受力特性

设计2个接缝直剪试验,并结合数值分析对钢榫键接缝在施工阶段和成桥阶段的受力特性进行分析。结果表明：在侧限压力的作用下钢榫键接缝依靠钢材和混凝土的接触受压来传递接缝间的剪力,接缝具有较高的抗剪承载力和良好的延性,当荷载?位移曲线进入水平段后,接缝仍能承受较大的相对变形,并保持承载力不降低;在施工阶段应由钢榫键跨缝齿的非弹性变形对临时荷载进行控制设计,在成桥阶段应由钢榫键材料剪切强度对接缝直剪强度进行控制设计;钢榫键接缝直剪抗力可按剪切实用公式计算,钢榫键材料和跨缝齿直径均是影响钢榫键接缝承载力的关键因素。     

火灾下门式钢刚架倒塌模式及影响因素

采用火灾下门式钢刚架结构足尺倒塌试验验证有限元模型(FEM),然后对门式钢刚架结构进行二维及三维模拟,并研究构件升温工况、柱脚刚性、跨高比、防火保护、截面温度梯度、荷载比、风荷载及次要构件等因素对火灾下门式钢刚架结构倒塌模式的影响,归纳出四种典型倒塌模式。结果表明:有限元模型能准确预测火灾下门式钢刚架结构的倒塌行为;构件升温工况、柱脚刚性、荷载比及次要构件对倒塌模式影响较大,而风荷载、防火保护、截面温度梯度及跨高比对倒塌模式影响较小。最后,归纳了不均匀火灾下门式钢刚架结构的倒塌规律。     

柱脚刚接的单层单跨刚架的弹性稳定分析

用转角位移法对柱脚固接的刚架进行了弹性稳定分析,给出了刚架发生无侧移对称屈曲和有移侧反对称屈曲时的屈曲方程,并求出了相应的计算长度系数。     

套筒连接预制拼装桥墩直剪性能试验研究

为探究套筒连接预制拼装桥墩的直剪性能和影响因素,对拼接面增设剪力键、不同套筒位置的预制拼装桥墩试件进行直剪试验。分析不同拼接缝构造桥墩的损伤发展、破坏模式,探讨预制拼装桥墩的抗剪机理并将实测值与既有抗剪公式计算结果进行比较。结果表明：矮桥墩直剪试验有2种破坏模式,即以斜裂缝开展为主的破坏和以拼接缝滑移为主的破坏;套筒设置在桥墩底部会改变桥墩的破坏模式,使得试件破坏以拼接缝滑移为主;GB50010―2010中的抗剪公式可以较合理地预测套筒连接预制拼装桥墩的抗剪强度。     

冷弯薄壁高强度合金钢光伏支架柱脚承载力试验研究

为研究冷弯薄壁高强度合金钢光伏支架柱脚连接的受力性能,分别进行了8个柱脚抗拔和8个柱脚抗压力学性能试验研究,重点分析了光伏支架柱脚连接部位的破坏特征、极限承载力及变形等性能指标。结果表明：在光伏支架柱脚抗拔试验中,连接件自攻螺钉首先发生破坏,柱脚底端圆钢管的内部混凝土被拉出2～3 cm,导致柱脚丧失承载力而失效;在光伏支架柱脚抗压试验中,自攻螺钉首先达到极限承载力继而被剪断,随后柱脚上端连接件翼缘与圆钢管壁发生挤压,造成连接件型钢翼缘挤压撕裂破坏,最终导致柱脚丧失承载力而失效。在此基础上,提出了适用于冷弯薄壁高强度合金钢光伏支架柱脚的抗拔和抗压承载力的修正计算公式,可为该光伏支架的柱脚设计提供技术参考。     

钢筋混凝土键水平抗剪性能的试验研究

本文通过１２个不同构造，不同配筋的钢筋混凝土键足尺试件的试验研究，分析了钢筋混凝土键的水平抗剪能力及其在反复荷载作用下的剪力传递性能，并对钢筋混凝土键的水平抗剪承载力计算方法提出建议。     

木-混凝土连接性能试验研究

目的研究木与混凝土间粘结作用,为木-混凝土组合结构的研究奠定前期基础.方法根据设置于木材表面抗剪连接件的形式及抗剪连接件数量的不同设计制作了三组共计九根木与混凝土间抗剪连接件试件和一根无抗剪连接件的对比试件,采用推出试验方法对木材进行加载直至木与混凝土间发生滑移破坏.结果通过推出试验获得了木-混凝土推出荷载的大小、木材在混凝土中滑移量、木材表面抗剪连接件荷载作用下其应力变化等相关实验数据.结论抗剪连接件的存在能够明显抑制木材与混凝土间受力过程中的相对滑移,相对滑移量的减少与抗剪连接件数量成正比,同时也与抗剪连接件形式有关;加载过程中抗剪连接件所受应力与抗剪连接件形式有关,同时也与抗剪连接件距加载点距离有关;研究也表明:抗剪连接件的存在对木与混凝土间粘结力的提高无明显影响.     

轻型木刚架抗侧力性能的参数研究

采用与4个足尺木刚架试验结果对比验证的有限元分析模型,分析研究4个不同类型木刚架的抗侧力性能.选用刚架的高度、角部钢条安装类型和位置变化、底梁板层数、覆面板竖向连接方式和覆面板与骨架连接方式这5个影响刚架抗侧力性能的主要因素进行对比分析.结果表明,当增加刚架高度时,4个刚架抗侧刚度和承载力均显著降低;在刚架角部安装钢条的类型和位置变化的影响因素中,钢条本身抗拉强度对刚架抗侧力性能影响最大;钢条与刚架骨架直接连接比钢条置于覆面板外表面、隔着覆面板连接到骨架,连接作用更有效;设置双层底梁板、2排钉与覆面板连接只能稍微提高刚架抗侧力性能;覆面板竖向不连续、在刚架高度方向的中部以无垫块方式连接,比覆面板竖向连续对刚架抗侧承载力的影响不明显,而抗侧刚度有所降低;当覆面板与墙骨柱钉连接的列数由2列改为1列时,刚架抗侧承载力基本没有影响,但是抗侧刚度有所下降.     

双跨门式刚架钢结构火灾下倒塌模式

采用有限元模型对双跨门式刚架钢结构的火灾试验进行了模拟,表明有限元模型可以准确预测火灾下双跨门式刚架钢结构的倒塌行为与倒塌模式。采用经试验验证的有限元模型,对火灾下双跨门式刚架钢结构的倒塌过程进行了数值模拟,归纳出双跨门式刚架钢结构的6种典型倒塌模式,并与单跨门式刚架钢结构的倒塌模式进行了对比,说明了中柱的存在对双跨门式刚架钢结构倒塌机制的重要影响。最后,通过大量的参数分析,研究了升温工况、柱脚刚性、中柱柱顶连接形式、荷载比、防火保护、温度梯度、跨高比和柱距等因素对火灾下双跨门式刚架钢结构倒塌模式的影响。参数分析结果表明,升温工况对双跨门式刚架钢结构的倒塌模式有显著影响,柱脚刚性、中柱柱顶连接形式、荷载比、跨高比和柱距对边柱倒塌模式和整体倒塌模式有一定影响,防火保护对中柱倒塌模式有一定影响,截面温度梯度对倒塌模式影响较小。结果可为双跨门式刚架钢结构在火灾下的倒塌预警提供参考。     

一类薄壁变截面刚架对称临界载荷稳定问题优化算法

目的研究一类对称载荷下的单跨刚架临界载荷优化算法,探讨薄壁变截面刚架临界载荷的数值计算方法,以弥补解析解求解困难的缺陷.方法通过刚架结构拆分,运用差分方法将平衡状态下非线性微分方程离散化.以每段钢架的每个离散点挠度、柱脚弯矩和临界荷载为设计变量,构造包括未知临界载荷的目标函数,基于Fortran-PowerStation集成开发环境,编写无约束优化算法程序,通过等截面与变截面梁刚架具体算例进行验证.结果优化结果满足规定精度,证实了算法的适应性.结论算法考虑工程中变截面薄壁刚架结构稳定性问题,具备很好的实用性,可为工程结构临界载荷求解提供新的思路.     

关于山形门式刚架位移验算的探讨

对于无吊车房屋考虑位移限值的主要因素，提出了山形门式刚架位移限值的建议．并讨论了柱脚嵌固度以及跨高比对刚架位移值的影响．作出了斜梁不需验算挠度的结论和柱顶侧移不满足位移限值要求时可以采取的措施．     

PBL剪力键受力性能研究及其承载力影响因素分析

目的研究混凝土等级,贯穿钢筋直径等参数对于PBL剪力键受力形态及抗剪承载力的影响.方法运用大型非线性有限元分析软件ANSYS12.0对模型进行有限元理论分析,通过单一参数法研究各参数对于剪力键受力性能的影响.结果经分析得出PBL剪力键(开孔钢板连接件)承担的水平、竖向分力均随着贯穿钢筋的直径增大而有所增大;随着贯穿钢筋直径的增大,剪力键混凝土底部的最大应力减小了2.2%,最大滑移减小3.7%;混凝土的强度等级由C30增大到C60后,剪力键的滑移量降低了5.4%,对于抗剪承载力的提高有显著影响.结论剪力键中贯穿钢筋的直径、混凝土的强度等级以及混凝土与钢板的有无粘结均对PBL剪力键的抗剪承载力有显著的影响.     

复合齿槽劲性连接预制剪力墙抗剪性能试验研究

为研究钢筋截面面积和H型钢抗剪键对试件抗剪性能的影响,设计制作了3片剪跨比为0.87的足尺寸装配式低矮剪力墙试件.主要研究了在竖向轴压力保持不变的状态下,3片剪力墙试件通过单调推覆荷载作用的破坏过程和最终破坏形态、各阶段荷载特征值、荷载-位移曲线,对比分析了新、旧混凝土结合面处普通凿毛、增加钢筋截面面积、增设H型钢抗剪键3种不同的构造处理方式对试件抗剪性能的影响.得出主要结论如下:3片试件的破坏过程及最终破坏形态较为接近,均是剪力墙试件右侧暗柱根部钢筋受拉屈服甚至拉断,左侧暗柱根部混凝土压溃脱落,结合面处开展的水平裂缝为主裂缝;3片剪力墙试件在复合齿槽处的U型钢筋搭接连接均能有效地传递应力,且增加结合面处钢筋截面面积以及增设H型钢抗剪键均能有效地提高试件的抗剪承载力,试件YZW-1、YZW-2、YZW-3的峰值承载力分别为773.4 kN、950.3 kN、925.3 kN,增加钢筋截面面积的试件YZW-2极限承载力提高了22.9%,增设H型钢的试件YZW-3极限承载力提高了19.7%.通过对比3片试件的荷载-位移曲线可以看出,试件YZW-2相较于试件YZW-1,刚度提高很多,抗侧移能...     

嵌入式双排孔抗剪连接件极限承载力

为了得到嵌入式双排孔抗剪连接件极限承载力的计算公式,设计了3类嵌入式单、双排孔抗剪连接件推出试件.研究了不同开孔位置和结合钢筋对嵌入式抗剪连接件极限承载力的影响;利用有限元法,分析了钢板厚度、混凝土尺寸、混凝土强度、贯穿钢筋直径、开孔直径、开孔间距、孔的竖向位置等因素对嵌入式双排孔抗剪连接件极限承载力的影响.结果表明:相比于双排孔设置于波折板折板位置的嵌入式双排孔抗剪连接件,双排孔设置于波折板直板位置的嵌入式双排孔抗剪连接件的极限承载力更大;双排孔抗剪连接件中双排混凝土销的抗剪极限承载力为单排孔抗剪连接件混凝土销极限抗剪承载力的1.3倍.