多层空腹钢桁架竖向承载受力机理研究

以新保利大厦工程实例为背景,通过算例,对多层空腹钢桁架竖向承载的受力机理进行了研究。分析了弦杆、腹杆的内力分布规律和受力机理,讨论了腹杆间距与弦杆截面尺寸的相关性,结果显示,腹杆间距与弦杆截面密切相关,腹杆对改善弦杆受力性能有重要作用。提出了弦杆、腹杆截面的简便估算方法,可为多层空腹钢桁架的推广应用提供参考。     

圆钢管K型弯管节点轴向刚度曲线参数化分析

为了研究K型弯管节点的轴向刚度—轴向荷载曲线,采用ANSYS对K型弯管节点进行了参数化分析,考虑的参数为:弦杆外径与其壁厚之比、腹杆与弦杆外径之比、腹杆外径与其壁厚之比、腹杆与弦杆轴线夹角、弯管坡度、弦杆轴力与其屈服荷载之比。引入两个无量纲参数,节点轴向刚度因子η和节点轴力因子ω,并确定了η-ω的关系曲线。分析表明:腹杆受压时与腹杆受拉时具有不同的节点轴向刚度,节点轴向刚度对结构的受力性能有较大的影响。通过多元线性回归拟合了腹杆受压时和腹杆受拉时的η-ω曲线,该曲线为钢管结构的分析及设计提供了节点刚度计算模型。     

KT型相贯节点极限承载力非线性有限元分析

对KT型圆钢管空间相贯节点的极限承载力进行了非线性有限元分析,揭示了KT型相贯节点的受力性能.结果表明:随着支杆与弦杆直径比、腹杆与弦杆直径比、支杆与弦杆厚度比、腹杆与弦杆厚度比和弦杆径厚比的变化,节点发生弦杆局部屈曲模式和腹杆轴向屈曲破坏2种破坏模式;支杆弦杆直径比和支杆弦杆厚度比的变化对节点极限承载力没有显著影响;与规范中平面K型相贯节点计算结果的比值在0.75左右.     

腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点极限承载力计算公式适应性研究

建立合理的有限元模型,应用有限元法对腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点进行非线性计算,得出的承载力具有相当的准确度.与弦杆倾角较大腹杆作为搭接腹杆的节点极限承载力较高.由研究分析可知当贯通腹杆与弦杆夹角减小后,节点搭接率降低,但不论CW还是TW型搭接节点极限承载力均相对对称节点有所提高.由公式的计算结果与数据库中N型搭接节点试验结果进行比较可知计算公式可以准确的预测腹杆与弦杆倾角不相同搭接K型节点极限承载力.     

腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节极限承载力计算公式适应性研究

建立合理的有限元模型，应用有限元法对腹杆与弦杆倾角不相等圆钢管搭接节点进行非线性计算，得出的承载力具有相当的准确度．与弦杆倾角较大腹杆作为搭接腹杆的节点极限承载力较高．由研究分析可知当贯通腹杆与弦杆夹角减小后，节点搭接率降低，但不论CW还是TW型搭接节点极限承载力均相对对称节点有所提高．由公式的计算结果与数据库中N型搭接节点试验结果进行比较可知计算公式可以准确的预测腹杆与弦杆倾角不相同搭接K型节点极限承载力．     

平面圆弧形钢管桁架拱结构稳定性能研究

运用ANSYS有限元软件对影响平面圆弧形钢管桁架拱稳定性的参数(矢跨比、腹杆间夹角、弦杆和腹杆截面、拱架厚度等)进行了分析.结果表明,桁架拱结构的最优矢跨比在0.2～0.3之间;腹杆间夹角应控制在一定范围内,并使结构的承载效率较高;弦杆截面面积和拱架厚度均与结构承载力呈线性关系,但拱架厚度过大时对结构的承载力提高很小;腹杆截面对结构承载力影响很小,只需按腹杆和弦杆的外径比控制,并使其长细比符合相关规范要求.     

交错桁架-柱装配式节点滞回性能试验研究

针对交错钢桁架与柱子装配式连接的工程应用和抗震设计需要,设计了三个不同连接构造的节点,试验研究了由上弦杆、斜腹杆和柱子组成的受轴力循环作用的桁架节点滞回性能,试验表明斜腹杆与节点板的焊接部位是薄弱环节,容易开裂破坏。在以上节点的斜腹杆破坏失效后,选择了其中两个节点,继续试验研究了由弦杆和柱子组成的受弯矩循环作用的框架节点滞回性能。分析了这些节点在斜腹杆失效前后的破坏特征、承载力、延性、耗能能力等性能以及不同连接构造细节对这些性能的影响。研究表明受循环轴力的桁架节点具有较高的承载力和初始刚度,但延性、耗能能力一般,弦杆与柱的连接构造形式对节点性能影响不显著;受循环弯矩的框架节点仍具有较高的抗弯承载力和耗能能力,但是弦杆与柱的连接构造形式对节点性能有较大的影响。为了抵抗地震作用,建议交错钢桁架的H形截面弦杆的上下翼缘应与柱子可靠连接,来确保斜腹杆破坏退出工作后弦杆通过抗弯方式传力到柱子,实现强节点的功效。     

正放四角锥网架敏感性分析及抗连续倒塌性能

为揭示正放四角锥网架的连续倒塌破坏机理,采用备用荷载路径法并结合基于构件承载能力的敏感性评价指标,对正放四角锥平板网架进行动力非线性分析,模拟了结构的连续倒塌破坏过程,分析了厚跨比、跨度和支承形式对网架结构抗连续倒塌性能的影响.分析结果表明,周边点支承正放四角锥网架结构中部下弦杆、中间支座处腹杆为敏感构件,结构中部上弦杆、中间支座周围腹杆和上弦杆为关键构件;周边支承网架冗余度指标分布规律与周边点支承网架相似,冗余度指标小于周边点支承网架;点支承网架角支座腹杆和上弦杆为敏感构件,敏感构件相邻腹杆及中间支座腹杆为关键构件.通过加强关键构件的截面尺寸,可以显著提高结构的抗连续倒塌性能.正放四角锥网架冗余度指标分布规律不随厚跨比、跨度的变化而改变,冗余度指标大小与网架厚跨比、设计应力比成正比,而与模型跨度关系不大.     

半开式桁架桥上弦杆平面外屈曲临界力研究

基于阶梯形分布的上弦杆轴力假定,考虑斜腹杆的抗弯刚度和横梁高度对上弦杆侧向弹性支撑的影响作用,采用能量法推导了上弦杆的平面外屈曲临界力计算公式,并以一座半开式桁架桥为例,对影响桁架桥上弦杆稳定性的因素进行了分析.结果表明:较之现有规范中的轴力分布假定,按照阶梯形轴力计算的上弦杆屈曲临界力更符合实际状态;桁架桥的跨径不变时,随节间数量增大,侧向弹性约束刚度与上弦杆的平面外屈曲临界力接近于线性增大,斜腹杆对侧向刚度的作用也随着节间数量的增多而增大,在计算当中节间数量较多时不应忽略斜腹杆的抗弯刚度;横梁高度增大则上弦杆的平面外屈曲临界力也相应增大,但对于本文算例,当横梁高度大于0.4m时继续增大横梁高度对侧向刚度的影响可以忽略.     

弦杆弯折T型圆钢管相贯节点抗弯性能分析

以重庆江北国际机场新航站楼钢屋盖为例,对弦杆为直杆和折杆两种类型的T型圆钢管相贯节点试验数据进行有限元分析.通过有限元计算校验表明,试件板壳有限元分析结果与实测值基本符合;参数分析表明,在一定几何参数条件下,T型节点的腹杆与弦杆倾角在40°时,达到平面内抗弯刚度的最大值;而倾角在20°时,达到平面内抗弯刚度的最小值,且小于弦杆为水平T型节点的平面内抗弯刚度.在平面内弯矩作用下,弦杆为折杆的T型圆钢管节点计算可以简化为刚接节点模型.     

矩形钢管混凝土连续组合桁梁破坏模式

为了对矩形钢管混凝土组合桁梁桥工程设计提供参考并助力该桥型的进一步推广应用,采用与试验结果相验证的有限元方法对矩形钢管混凝土连续组合桁梁主桁应力、混凝土桥面板应力、桥面板钢筋应力、核心混凝土应力、杆件屈服进程、杆件塑性变形进行失效全过程分析。基于截面塑性铰模型提出矩形钢管混凝土连续组合桁梁合理破坏机制;以截面刚度、承载力、结构是否发生合理破坏模式为评价指标,对桥面板配筋率、桥面板厚度、腹杆和弦杆壁厚比、弦杆内填混凝土强度等级等一系列设计参数合理取值范围展开研究。研究结果表明：桥面板配筋率合理取值宜为1.39%～2.31%;桥面板厚度对组合桁梁负弯矩区承载力影响更为明显;腹杆与弦杆壁厚比α的合理分布为0.667～1.0;中支点下弦杆、跨中上弦杆内填混凝土强度等级的提高对提升组合桁梁刚度和承载力效应更为显著。     

拱式转换层板厚对结构受力性能的影响

通过分析指出了拱式转换层板厚对结构受力性能的影响.结果表明,上、下弦杆的最大弯距和最大剪力随着上层转换层板厚的增大而增大;随着下层转换层板厚的增大,上弦杆的最大弯距和最大剪力明显增大,而下弦杆的最大弯距和最大剪力不断减小;随着上、下层转换层板厚的增大,斜腹杆的最大轴力不断增加;竖腹杆的最大轴力随着上层转换层板厚的增大而增加,随着下层转换层板厚的增大而减小.     

弧形钢闸门支臂空间屈曲荷载研究

在材料线弹性范围内,运用屈曲问题的有限单元法,采用MSC公司开发的大型结构分析软件NASTRAN,探讨了各种因素对弧形闸门支臂空间极限承载力的影响规律,从而获得支臂腹杆和弦杆的最佳布置方式。实例分析指出,支臂杆的截面特性、支臂腹杆的布置方式、弦杆的布置位置、上下支臂的作用荷载及支铰约束等因素对支臂空间极限承载力都有影响,分析结果对弧门支臂稳定问题进行理论探讨和实际工程设计有一定的参考价值。     

空间X+双KK型圆钢管焊接节点静力性能试验研究

对空间X+双KK型圆钢管节点的静力性能进行了加载的试验研究。介绍了节点试验方案,考察了节点的破坏性状及其承载力,检验节点构造措施是否合理,验证了实际结构节点分析建立的有限元模型的适用性以及应力分布特点和计算结果的正确性。X+双KK试件在设计荷载作用下各腹杆及节点区工作性能良好,各杆件均处于弹性阶段。加载至设计荷载2.0倍时,节点区受拉腹杆处测点首先进入屈服,加载至3.15倍设计荷载时,控制腹杆全截面屈服,节点区弦杆测点应力水平较小。随后,其它腹杆也进入屈服,节点区进入塑性且变形发展到弹性变形3倍以上时仍未发生断裂。指出在实际结构中,为得到与试验节点相似的承载力水平,焊接节点的腹杆与弦杆的相贯焊缝质量应加强监控。节点的有限元分析结果与实测结果最大误差为16.5%。     

长悬臂桁架受横向集中力的拓扑优化

用解析方法推导拓扑优化最小重量长悬臂桁架.桁架在应力约束下,自由端受横向集中力作用,桁架宽度为常数,它的节长、结点坐标、腹杆和弦杆的角度,以及所有杆的横截面尺寸均为设计变量.分析结果表明,拓扑优化桁架中的各节腹杆的位置和横截面面积相同,中间结点位于每节1/4位置.当结构长度趋于无限长时,腹杆趋于30°,60°,相对45°桁架的体积差别不大,与类桁架连续体的体积差别也很小.     

迭层空腹桁架转换层结构的静力性能分析

迭层空腹桁架是一种新型的转换层结构型式。,本文分析了弦杆截面尺寸、腹杆布置对结构受力性能的影响,从而给出了其设计建议。     

大跨重载钢结构梁柱销轴节点承载性能试验研究

某多层工业厂房为钢框架结构,二层大跨度楼面钢桁架与钢柱连接采用销轴节点.钢桁架上下弦杆及腹杆均采用H型钢截面,弦杆及腹杆通过特定构造形式的节点域采用销轴与柱伸出的耳板连接.为满足工程设计要求,需要确定其承载性能.根据设计要求和有限元分析结果,对该连接节点设计了4组试件进行试验研究,结果表明销轴节点在设计荷载下处于弹性阶段,破坏阶段仍具有良好的延性,承载性能满足设计要求,可为类似工程参考.     

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。     

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.     

剖分T型钢三角形钢屋架的次应力分析

编制国家标准图集06SG517—2时,弦杆采用剖分T型钢。与弦杆采用角钢的屋架相比,采用剖分T型钢比较经济。采用ANSYS有限元分析软件,分析了弦杆采用剖分T型钢时,杆件之间刚性连接时次应力的影响。结果表明,上弦杆的次应力较大。出于安全考虑,设计时需要计及次应力的影响。对于下弦杆,次应力的最大值均不超过主应力的20%,影响较小,设计时可不考虑。腹杆虽次应力较大,但设计时规范考虑了单角钢单面连接强度折减,设计时也无需考虑。