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.     

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%。     

钢桁架-混凝土板组合屋盖结构静力特性研究

详细介绍了一跨度为44m立体钢桁架-混凝土板组合楼盖的结构形式。采用基于壳单元和杆单元的有限元模型对组合空间桁架结构与普通钢桁架结构进行理论分析,对比得到了组合空间桁架结构的位移、轴力及混凝土板应力。介绍了组合空间桁架各杆件及上弦节点设计。研究表明。组合空间桁架上层混凝土板受压,应力分布比较均匀,可以充分发挥材料的强度,有效地节省材料;上弦杆轴力较普通钢桁架小的多;下弦杆轴力分布由支座向跨中逐渐增大;腹杆轴力分布由支座向跨中逐渐减小。     

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.     

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.     

某18m非标准跨钢托架承载性能试验及有限元分析

非标准跨度钢托架在现行规范、图集中无直接设计,当前设计是基于标准跨钢托架把桁架节点均简化为铰节点计算,其各阶段安全性有待验证。对某18m非标准跨平行弦钢托架,通过室内试验和有限元软件对施工和使用阶段两种不同受力状态下的结构承载性能进行了分析。结果表明：施工和使用阶段桁架部分杆件受力状态不同,须验算结构施工安全性;桁架上下弦杆及斜腹杆为非轴心受力构件,节点约束对斜腹杆的影响范围为1～2倍约束长度。铰接理论适合非标准跨钢托架结构设计。     

深圳平安金融中心施工模拟研究

针对超高层建筑在传统模拟过程中未考虑施工过程和时变荷载效应的问题,本文以在建的中国第一高楼——深圳平安金融中心为工程背景,用Midas/Gen软件将结构分成了25个施工阶段进行了施工全过程模拟.研究了考虑收缩徐变作用下核心筒和巨柱的竖向累积变形规律及其变形差异.模拟结果表明,超高层建筑中混凝土收缩徐变引起的变形约占总变形的一半,其影响不能忽略;同时研究了结构的带状桁架、伸臂桁架、巨型斜撑和V型支撑等关键部位随施工阶段的应力变化规律.结果显示结构不同位置的杆件受力情况不同,桁架层的弦杆应力随施工阶段变化较小而腹杆应力随施工阶段变化较大,结构设计中可针对不同受力的构件设计不同截面.结构竣工后杆件所受应力均小于材料强度设计值.     

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。     

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.     

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。     

某观光大厅玻璃幕墙支撑桁架选型设计

为满足建筑设计的美观性和通透性要求,对某建筑观光大厅12m高玻璃幕墙的桁架支撑体系进行选型分析,采用有限元软件SAP2000分别对钢桁架支撑体系和索桁架支撑体系进行对比计算分析。计算结果表明,两种桁架体系的应力水平和位移情况均满足设计要求。在风荷载、地震荷载以及控制荷载组合工况作用下,钢桁架弦杆的应力比大于索桁架,腹杆应力比远小于索桁架,索桁架的位移略大于钢桁架的位移。综合位移与应力比的大小,选用索桁架作为玻璃幕墙的支撑体系。     

某输煤通廊结构检测鉴定与加固策略分析

目的为了解决通廊稳定性不足等问题,找出巩固通廊的优化方案.方法对运输通廊结构进行现场检测,采用增大截面法制定三种加固方案,运用PKPM对通廊进行模拟计算,对比加固方案后通廊的内力、应力比和长细比的变化.结果通廊杆件锈蚀严重,承载力不足,部分杆件已变形.对比加固后的通廊进行分析:方案一对上下弦杆加固,加固后上弦杆内力减小31%,下弦杆内力减少25%;方案二对顶面桁架和底面桁架加固,加固后顶面桁架应力比减小23%,底面桁架应力比减少17%;方案三对上弦杆、顶面桁架和底面桁架进行加固,加固后上弦杆内力减小21.7%,顶面桁架应力比减小18.1%,底面桁架应力比减小13.9%.结论三个方案都能使结构更稳定,经对比分析可知,采用方案三可以使结构最平稳,承载力最高,故选方案三加固.     

桁架杆损伤对预应力混凝土斜拉桁架T构桥的影响

预应力混凝土斜拉桁架T构桥常见的病害形式为桁架杆件损伤。为研究桁架杆件损伤甚至失效情况下的结构力学性能规律,建立以某预应力混凝土斜拉桁架T构桥为背景的有限元模型,设置桁架杆件损伤或失效的不同工况,对比分析该桥在损伤状态和未损伤状态下对结构挠度和频率的影响。结果表明:桁架杆件的损伤对主梁的挠度和频率都有较为明显的影响;上弦杆的损伤、失效会影响整个T构梁的挠度,而腹杆的损伤、失效的影响范围局限在腹板垂直对应的主梁,桁架杆件损伤的变化和主梁挠度变化的关系呈现非线性。桁架杆件损伤下导致结构频率的降低,全桥桁架损伤对频率影响较大,上弦杆损伤对频率的影响大于腹杆。     

交错桁架钢框架结构抗震设计方法研究

为实现交错桁架钢框架结构的延性设计,提高结构的抗震性能,通过研究桁架腹杆设计方法与结构层间位移角限值要求,提出了一种交错桁架钢框架结构抗震设计方法.首先分析了交错桁架钢框架结构中桁架的典型破坏机制,基于桁架空腹节间弦杆破坏的理想失效模式,提出了水平地震作用下桁架杆件的内力计算模型及罕遇地震作用下腹杆内力的调整方法;其次,基于桁架理想失效模式和极限变形能力,分析了罕遇地震下桁架层间位移角的组成,推导并提出了不同空腹节间距下结构的弹塑性层间位移角限值;最后,提出了水平地震作用下交错桁架钢框架结构抗震设计方法及流程.算例分析表明,采用本文提出的抗震设计方法,能有效地耗散地震能量,实现结构"强腹杆弱弦杆"和"大震不倒"的抗震设计目标.     

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。     

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。     

大跨度混凝土悬挑空腹桁架结构静动力特性研究

以某市规划展览馆工程为背景,对混凝土大跨度悬挑空腹桁架结构的静、动力特性进行详细分析研究。空腹桁架支承于框架柱上,桁架高度8.4 m、悬挑跨度22 m,荷载较大。设计了不同腹杆布置形式的三种结构方案,用有限元软件ANSYS和MIDAS,建立了包含框架柱、桁架、楼盖梁板的整体结构的空间力学模型,其中,桁架的杆件、框架梁和柱用空间梁单元模拟,楼板用三维壳单元模拟。研究表明,三种结构的挠度、杆件内力、结构自振频率及振型等静动力指标均可满足工程要求,其中,具有交叉布置斜腹杆的桁架结构的力学指标较为优异。     

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。     

钢管混凝土桁架弦杆界面传力特性分析

文章采用有限元建模方法分析钢管与混凝土的界面传力特性，以揭示钢管混凝土桁架弦杆工作机理；将钢管与混凝土界面状态分为绑定(即界面抗剪刚度无穷大)、光滑(即界面抗剪刚度无穷小)和黏性接触(即界面抗剪刚度有限),分析钢管混凝土桁架节间内受压上弦杆、受拉下弦杆钢管与混凝土的轴向应力、界面剪切应力及剪力传递长度。结果表明：不同界面状态下钢管轴向应力、界面剪切应力差异较大；黏性接触最接近钢管与混凝土界面真实工作状态，弹性工作状态下，剪力传递长度保持为常数，与轴力无关；剪力传递长度范围内钢管和混凝土轴向应力、界面剪切应力沿桁架节间长度方向呈指数函数分布，剪力传递长度范围外钢管、混凝土轴向应力保持不变。研究结果可为钢管混凝土桁架桥强度、刚度计算及节点构造设计提供依据。     

敞开式桁架组合梁桥的稳定性计算分析

以敞开式钢管混凝土桁架组合梁桥为研究对象,采用大型有限元分析软件Midas/civil建立上桥面有限元模型,分别分析了施工阶段拆除满堂支架时和使用阶段考虑移动荷载最不利布置时结构的稳定性,同时在对两个阶段的前四阶失稳模态进行分析,失稳均表现为上弦杆及腹杆在横桥向的弯曲失稳。同时分析得出该桥在施工阶段和成桥使用阶段的稳定安全系数均大于10,这也表明该桁架组合梁桥的稳定性较好。