高宽比较大的扣件式钢管脚手架整体稳定性研究及应用

分析了高宽比较大的扣件式钢管脚手架的受力特点,用弹簧单元替代直角扣件这种特殊的半刚性连接方式,引入弹簧单元的伸缩系数及转动刚度,建立了线弹性格构式柱计算模型,利用半刚性连接的钢框架模型计算单位水平力作用下层间相对位移,推导出该模型的失稳屈曲荷载计算公式.对高宽比等于27.3的扣件式钢管脚手架,采用MIDAS GEN有限元软件建立模型进行数值分析,获取失稳屈曲荷载值,并对比简化计算结果,可知公式的计算精度能满足工程设计及校核的需要.     

半刚性连接钢框架稳定极限承载力试验研究

为研究半刚性连接钢框架的受力、变形性能及其破坏特点,对带双腹板角钢的顶底角钢连接钢框架进行了极限承载力静力试验。得到了半刚性连接钢框架的稳定极限承载力和对应的荷载-位移曲线。试验结果表明,半刚性连接钢框架要产生很大的变形后才达到极限承载力;对于有侧移半刚性钢框架结构,分析中必须考虑二阶效应。     

高宽比较大的扣件式钢管脚手架整体稳定性研究及应用

分析了高宽比较大的扣件式钢管脚手架的受力特点,用弹簧单元替代直角扣件这种特殊的半刚性连接方式,引入弹簧单元的伸缩系数及转动刚度,建立了线弹性格构式柱计算模型,利用半刚性连接的钢框架模型计算单位水平力作用下层间相对位移,推导出该模型的失稳屈曲荷载计算公式。对高宽比等于27.3的扣件式钢管脚手架,采用MIDAS GEN有限元软件建立模型进行数值分析,获取失稳屈曲荷载值,并对比简化计算结果,可知公式的计算精度能满足工程设计及校核的需要。     

有侧移半刚性连接钢框架柱计算长度的研究

基于钢框架稳定设计中柱计算长度的概念,本文采用三柱框架结构计算模型,通过考虑连接的非线性弯矩-转角关系,建立梁柱的有侧移半刚性连接转角位移方程,将横梁对柱子的约束弯矩按柱子的线刚度之比分配给柱;然后通过引入梁柱线刚度比修正系数的计算方法,推导了有侧移半刚性钢框架柱计算长度系数方程式,并研究了在梁-柱半刚性连接下柱的计算长度系数取值问题.本文得到的半刚性连接的柱计算长度系数公式与《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中的刚性钢框架柱计算长度系数形式相同.算例结果表明:考虑半刚性影响后,柱的有效长度系数增大7%以上,此类钢框架计算时应考虑梁柱节点半刚性的影响.本文计算方法简捷方便,便于工程实际应用.     

足尺柱承重模块化钢框架稳定承载力试验研究

为研究竖向荷载作用下柱承重模块化钢框架的受力性能、破坏机理及模块间节点对结构整体受力性能的影响,进行了模块间节点静力受弯试验与足尺2层单跨模块化钢框架竖向静力加载试验,分别得到模块间节点的刚度属性及模块化钢框架的整体稳定承载力与破坏模式。最后,考察了模块间节点对模块化钢框架结构整体性能的影响,并验证了结构稳定承载力理论计算模型与数值分析模型。结果表明：模块间节点的半刚性属性对模块化钢框架的稳定承载力影响较大,设计时应加以考虑;竖向荷载作用下模块化钢框架破坏模式为上下层模块角柱整体失稳;子结构模型能够较好地计算柱承重模块化钢框架的整体稳定承载力。     

外伸端板半刚性节点的初始刚度和内力分析

钢框架梁柱外伸端板连接节点的半刚性结构力学模型,是一种用已知节点尺寸来预测其M-θ关系的非线性数学模型, 模型中的主要参数是节点初始转动刚度和极限承载力.文章给出了考虑外伸端板半刚性节点连接的线性化模型初始刚度的计算公式,推导了半刚性连接在荷载作用下的内力计算公式,讨论了半刚性连接对框架内力的影响.     

有侧移半刚性连接钢框架柱计算长度的研究

基于钢框架稳定设计中柱计算长度的概念,本文采用三柱框架结构计算模型,通过考虑连接的非线性弯矩-转角关系,建立梁柱的有侧移半刚性连接转角位移方程,将横梁对柱子的约束弯矩按柱子的线刚度之比分配给柱;然后通过引入梁柱线刚度比修正系数的计算方法,推导了有侧移半刚性钢框架柱计算长度系数方程式,并研究了在梁-柱半刚性连接下柱的计算长度系数取值问题.本文得到的半刚性连接的柱计算长度系数公式与《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中的刚性钢框架柱计算长度系数形式相同.算例结果表明:考虑半刚性影响后,柱的有效长度系数增大7%以上,此类钢框架计算时应考虑梁柱节点半刚性的影响.本文计算方法简捷方便,便于工程实际应用.     

三状态半刚性连接对钢框架可靠性影响的分析

通过节点柔度对半刚性连接框架可靠性的影响构造半刚性连接模型,分析了半刚性连接点对框架有限元的影响.把构件抗力和荷载效应看作随机变量,对折减刚度矩阵和等效虚拟荷载进行分析,用蒙特卡罗模拟法来估计框架系统的失效概率,对非线性半刚性、线性半刚性、完全铰接三种状态进行分析比较,表明半刚性连接点行为在整个钢框架系统可靠性计算中起到重要作用,因此当对钢框架进行可靠性分析时不能忽略半刚性连接体的影响.     

考虑直角扣件失效的脚手架稳定性及振动特性研究

目的研究直角扣件失效下双排脚手架稳定性及振动特性的变化规律,验证采用振动频率理论判断脚手架结构体系中直角扣件失效的合理性与可行性.方法以6步3跨双排扣件式脚手架为对象,采用ANSYS有限元软件,分别考虑立杆方向和纵向水平杆方向直角扣件失效的工况,进行稳定承载力、振型和振动频率计算,建立各计算参数与直角扣件失效之间的关系.结果在立杆或纵向水平杆方向的直角扣件失效数量增加时,脚手架稳定承载力呈现出不同程度的下降趋势,且脚手架的振型由整体横向振动转变为立杆或纵向水平杆的局部振动,导致其振动频率减小.结论立杆方向直角扣件失效对脚手架稳定承载力下降的影响更大,且用振动频率理论判断脚手架直角扣件失效具有可行性.     

节点域承载力对半刚性钢框架地震易损性影响研究

目的 通过考察节点域承载力变化与地震易损性曲线间的关系,获得半刚性钢框架地震易损性曲线,量化节点域屈服承载力对半刚性钢框架地震易损性的影响。方法 采用OpenSEES抗震分析软件建立以节点域承载力比为主要参数的半刚性钢框架模型,通过地震需求分析和抗震能力分析,绘制不同节点域屈服承载力比(0.5～1.0)对应的半刚性钢框架地震易损性曲线。结果 节点域屈服承载力比的取值为0.7时,半刚性钢框架地震易损性曲线在四种极限状态下均小于其他半刚性钢框架,且形成包络趋势。结论 在水平地震作用下,允许节点域屈服,可显著降低钢框架的失效概率,结构的抗震性能也得到了明显改善;节点域屈服承载力比取0.7时,结构抗震性改善效果最显著。     

钢结构用的大直径圆钢管非线性稳定分析

为确定大直径中空夹层砼柱中内钢管的稳定性能和临界荷载,对5 m长的圆钢管开展了有限元特征值屈曲分析,获得屈曲临界荷载。在此基础上,采用弧长法对圆钢管进行了非线性失稳分析,考虑了几何和材料双重非线性的影响,得到了圆钢管结构整体稳定的全过程荷载-位移曲线以及单元的应力分布图。应用两倍弹性斜率法和双切线交点法求得临界荷载,与理论计算结果相比稍高,可以看出理论公式计算结果是偏于安全的。最后提出了圆钢管抗失稳的四点措施。     

钢骨钢管混凝土柱偏心受压力学性能试验

设计了不同偏心率、混凝土强度等级、套箍指标和配骨指标的6根钢骨钢管混凝土短柱试件,详细分析了试件在偏心受压下的破坏过程和破坏特征。试验表明：小偏心钢骨钢管混凝土柱的初始破坏是从近偏心受压侧的钢管受压屈服开始,最终破坏是由于混凝土膨胀引起了钢管局部的屈曲所致。钢骨钢管混凝土柱中的钢骨可以有效的阻止混凝土的剪切斜裂缝,从而提高了钢骨钢管混凝土的延性。在钢管纵向没有达到屈服前,钢骨钢管混凝土柱横截面应变分布呈线性分布,满足平截面假定。上下端铰接的小偏心钢骨钢管混凝土柱的侧向挠度曲线接近于正弦曲线,满足标准柱的假定。随混凝土强度的提高,配骨指标和套箍指标的增加,钢骨钢管混凝土柱的竖向承载力极值均有所提高;但随着偏心距的增加,试件的竖向承载力和延性会显著降低。     

特大型起重桅杆吊装过程的稳定性数值模拟分析

高度为64m和80m的特大型起重桅杆在直立吊装过程中承载较大的轴向载荷,在正式投入使用前,必须分析、校核桅杆在立态起吊时的整体强度和稳定性,以确保吊装过程安全。采用有限元数值模拟方法,分别计算了这两种特大型起重桅杆在顶端钢丝绳斜拉条件下桅杆吊重的线弹性屈曲临界载荷。同时考虑该大型桅杆在起吊时具有较大位移,用非线性有限元法计算了桅杆处于几何非线性状态的最大载荷及最大应力。结果表明,有限元大变形解的桅杆主肢最大工作应力值小于桅杆主肢材料的许用应力,桅杆即使处于几何非线性状态仍满足强度设计条件。设计桅杆的限定最大吊重载荷小于按有限元线性解与非线性解两种状态计算得出的桅杆结构的临界载荷,该桅杆结构满足强度与稳定设计要求,吊装过程中不会发生失稳破坏。     

Simplified Algorithm for Out-of-Plane Critical Loads of CFST Solid-Rib Arch

The simplified algorithm for out-of-plane ultimate loadcarrying capacity of concrete-filled steel tubular( CFST) solid-rib arches under uniform vertical load was studied. The experimentally validated finite element model was developed. The out-of-plane equivalent length coefficients of solid-rib arches were obtained using out-of-plane elastic eigenvalue buckling analysis. Then the out-ofplane elastic stability coefficient was plotted against the normalized slenderness ratio,and the out-of-plane eigenvalue buckling load or elastic buckling capability of arches was calculated. Lastly effects of different parameters on the out-of-plane ultimate load-carrying capacity of CFST solid-rib arches were determined using geometric and material nonlinear finite element analysis, and a simplified algorithm was established by fitting the out-of-plane elastic-plastic stability coefficient and normalized slenderness ratio using PerryRobertson formula. Ratio of the elastic stability coefficient to the elastic-plastic counterpart was plotted against the out-of-plane normalized slenderness ratio,from which the out-of-plane elasticplastic ultimate load-carrying capacity was determined according to the corresponding elastic buckling load. Results show that the proposed simplified algorithm can accurately predict the out-of-plane eigenvalue buckling load and the elastic-plastic ultimate loadcarrying capacity of the CFST solid-rib arches.     

单层球面网壳结构稳定若干分析

利用大型通用有限元软件ANSYS对一个40 m跨度的单层K8网壳进行了分析。分析包括静力稳定分析和动力稳定分析。静力稳定分析方面有线弹性屈曲分析、几何非线性稳定分析以及双非线性稳定分析。计算了不同的缺陷下网壳的极限荷载因子,分析了网壳的缺陷敏感性,探讨了采用理想弹塑性模型模拟钢材Q235的合理性。动力稳定分析方面有模态分析和瞬态动力分析。针对网壳是否考虑静荷载作用分别进行模态分析,考察了静力荷载产生的应力和变形对结构的自振频率的影响。采用taft波,并分别用比例调幅为0.3 g和0.4 g,再对网壳进行瞬态动力分析,比较其动力响应,得出了对工程结构设计有用的结论。     

钢板剪力墙的极限抗剪承载力

钢板剪力墙由周边钢框架、内嵌钢板组成。为了充分利用钢板的届曲后强度,提高经济性,推广钢板剪力墙的应用,基于拉力场理论,推导出钢板剪力墙的极限抗剪承载力理论公式,并通过有限元程序ANSYS进行数值模拟,求出钢板剪力墙在水平单向荷载作用下的荷载位移曲线。采用不同高厚比钢板,对理论计算值和ANSYS数值模拟相比较。结果表明:其极限抗剪承载力与推导出的理论值相比,误差在1.5%以内。模拟结果验证了理论公式的计算准确。     

波形钢腹板钢管混凝土梁有限元分析及参数研究

提出新型组合结构——波形钢腹板钢管混凝土梁三维有限元计算方法.应用ANSYS程序对试验梁进行了双重非线性有限元分析,计算结果与试验结果吻合较好.应用有限元方法,以波形钢腹板厚度、弦管壁厚以及管内混凝土等级为参数对其对受力性能和极限承载力的影响进行了分析.结果表明,对于以上弦管局部屈曲为特征的A梁,若要提高其承载力,应增加上弦管的壁厚;而对于极限承载力受下弦管受拉屈服控制的B、C梁,则要增大下弦管的壁厚.上下弦管是否采用钢管混凝土对梁的受力性能与极限承载力有显著的影响.然而,管内混凝土的等级对梁的极限承载力影响很小.波形钢腹板应具有足够的厚度以避免其局部屈曲破坏.在保证这一板厚的前提下,波形板厚度对梁的承载力影响并不大,承载力计算中可以忽略其对梁的抗弯能力的贡献.     

变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力

变截面钢管混凝土格构柱的轴压试验结果表明,随着试件高度的增大和柱肢坡度的减小,其极限荷载逐渐降低.基于上述规律,在等截面钢管混凝土格构柱计算框架的基础上,研究了变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的计算方法.提出变截面钢管混凝土格构柱等效长度的概念和等效长度法的计算公式,其承载力计算结果与试验结果吻合良好.最后在有限元数值分析验证的基础上,给出适合工程应用的四肢变截面钢管混凝土格构柱轴压极限承载力的实用算法,为钢管混凝土设计规程的进一步完善提供参考.     

负载下焊接加固铁塔角钢轴压构件的受力性能

为研究不同加固截面形式、初始负载大小对铁塔轴压角钢焊接加固后受力性能的影响,选择了方形和L形两种加固截面形式,在4档不同初始负载下进行了焊接加固角钢的轴压单调加载静力试验,得到了焊接加固后角钢的荷载位移曲线、极限稳定承载力和破坏模式.针对试验试件建立了有限元模型,进行了考虑焊接间接热力耦合方法的数值模拟计算.对比试验和数值计算结果表明:两种加固截面破坏模式为整体弯曲失稳;相对于方形加固截面试件,L形加固截面试件对于热输入的影响更加敏感,延性较差;当初始负载名义应力比不超过0.3时,可以忽略初始负载大小对加固后角钢轴压构件极限稳定承载力的影响.     

抑制屈曲支撑滞回性能分析

为研究采用我国Q235B钢和两种无黏结材料设计制作的抑制屈曲支撑试件的滞回性能,对6个试件进行了拉压循环荷载作用下的滞回性能试验．其中,利用钢管混凝土抗弯承裁力理论和连续弹性约束体的稳定理论完成支撑整体稳定与内核构件约束段高模态稳定设计;外伸无约束段钢板宽厚比满足我国铜结构规范塑性设计的要求;选取适当厚度的无黏结材料以控制内核构件与外包铜管混凝土之间间隙的大小,最后基于ANSYS对试件的滞回性能进行了有限元分析．在试验过程中抑制屈曲支撑试件没有发生稳定破坏,拉压屈服后均有明显应变强化,最大延性接近设计值15,累计延性超过700．滞回曲线稳定饱满,耗能能力强,拉压承载力差值控制在10％左右,恢复力模型可简化为对称双线性模型．内核构件采用一字形比采用十字形截面的试件滞回性能更好．有限元分析结果与试验结果吻合良好．因此设计制作的抑制屈曲支撑所采用的材料、构造措施及设计方法均较为合理,能保证其具有优良的滞回性能．