异形单层网壳结构的整体稳定性研究及关键节点分析

单层网壳结构属于缺陷敏感结构,整体稳定问题是结构设计的关键.单层网壳结构可以采用空间相贯节点,有必要对节点进行三维实体有限元分析,在此基础上研究节点的力学性能.本文总结了单层网壳结构整体稳定分析的方法,归纳了空间相贯节点三维实体有限元分析方法;针对异形单层网壳结构,研究了结构的静力性能、结构网格与建筑形状对结构承载能力的影响,确定了结构的弹性稳定承载力和弹塑性稳定承载力;对空间相贯节点进行了有限元分析,得到节点处应力的分布情况,并研究了节点隐蔽部位有无焊缝对节点力学性能的影响.结果表明:异形单层网壳的曲率变化和结构网格对关键部位处杆件受力影响较大;稳定承载力对单层网壳结构起控制作用,对此异形单层网壳进行弹塑性稳定分析,结构安全系数达到24;隐蔽部位焊缝对节点承载力的影响较大,设置隐蔽部位焊缝后,节点处各杆件的最大应力可减小20%以上.

计算长度反推法在钢压杆整体稳定试验中的应用

钢压杆的整体稳定承载力与构件的初始几何缺陷、残余应力、钢材弹塑性以及端部的约束情况密切相关。试验观测表明,实际测得的压杆稳定极限承载力高于按压杆几何长度确定的屈曲荷载。这主要是由于压杆两端支座实际上很难达到理想的铰接状态,较强的支座约束情况引起构件计算长度取值变小,钢压杆的稳定极限承载力随之提高。根据传统的构件稳定理论,利用了压杆整体稳定承载力试验弹性阶段的荷载-位移关系,提出了一种反推计算长度的方法。借助可靠的有限元模型分析验证了该方法的正确性。将此方法应用于实际的钢压杆整体稳定承载力试验数据分析,不仅合理解释了试验现象与结果,还消除了不同支座形式对钢压杆整体稳定承载力大小的影响。相关结论可为钢压杆整体稳定承载力试验研究提供参考。

考虑系梁作用高墩刚构桥整体稳定的实用算法

研究目的:高墩刚构桥柱式高墩间常常设置系梁,目前计算高墩刚构桥整体稳定主要有计算长度系数法和有限元法,计算长度系数法须逐根桥墩计算且无法考虑不同系梁间桥墩段的影响,有限元法由于计算理论和方法都隐含在软件中,如何对计算结果的准确性和可靠性进行验证又是必须解决的难题。为此,本文基于摇摆柱受力特点通过结构转换的概念将确定柱式高墩刚构桥整体稳定的二阶计算转化为确定其整体抗侧刚度的一阶问题。研究结论:(1)本文提供了一种通过结构抗侧刚度求解高墩刚构桥整体稳定临界力的计算方法;(2)本文给出了柱式高墩刚构桥整体稳定临界力的计算公式,该式能考虑柱墩之间系梁的影响,弥补了规范计算长度系数法的不足,具有很好的精度及准确性,可为校核有限元整体稳定计算结果的可靠性提供一种解析验证手段;(3)本文研究成果可供桥梁工程设计和理论计算使用。

基于机器学习的高强钢焊接等截面箱型柱整体稳定性预测方法

目前,针对高强钢构件整体稳定性的研究多采用有限元建模或实验室试验方法,而基于机器学习的预测方法能够显著提升预测的准确性和便捷性。为了准确预测高强钢焊接等截面箱型柱的整体稳定性,提出使用纤维模型构建数据库并利用机器学习建立预测模型的方法。首先确定模型的输入输出参数,并通过纤维模型方法建立数据库;接着,选用常见的3种不同类型的机器学习模型和现有规范中的经验模型进行预测,并依据评价指标进行性能对比;最后,根据可解释算法分析机器学习模型的合理性。结果表明:大部分机器学习模型预测结果与试验结果吻合度略高于现有规范中的经验模型,其中,高斯过程回归模型对高强钢构件整体稳定性的预测表现最优;机器学习预测模型中各类参数对构件整体稳定性的影响趋势符合预期,验证了机器学习模型的合理性和可靠性;构件的正则化长细比对预测结果影响最大,而构件初始缺陷的影响相对最小。

高碾压混凝土拱坝整体稳定安全评估与工程类比研究

为分析高碾压混凝土拱坝的整体安全性,综合模拟主要断层、软弱夹层、裂隙、岩体材料分区以及坝体结构特征,建立拱坝整体稳定三维有限元模型。采用非线性有限元法分析正常运行条件下拱坝-地基的整体工作性态;在此基础上采用水容重超载法,计算拱坝的极限承载能力。结果表明,正常运行条件下,拱坝整体稳定性较好;通过对水容重安全系数进行工程类比,该拱坝具有较高的超载安全系数,处于拱坝工程的中等偏上水平。

多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法研究

剪切型支撑钢框架整体稳定计算需考虑钢框架与剪切型支撑之间的相互作用,还需要考虑同层柱间的相互支援以及层与层之间的支援作用,规范计算长度系数法无法考虑这些因素可能会造成不合理设计。提出了一种计算多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法,首先分析了支撑刚度与结构临界承载力之间的关系,推导了层临界支撑刚度计算公式,接着利用弹簧-摇摆柱力学模型推导了任意支撑下框架柱临界刚度比系数计算公式,然后将各楼层的有效抗侧刚度及荷载刚度进行楼层间的组装,将求解剪切型支撑钢框架的临界承载力转化为求解结构的楼层有效抗侧刚度,最后基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接求解多层剪切型支撑钢框架临界承载力的计算公式,该公式能够判断结构的薄弱层,可以定量地计算楼层之间相互支援程度,有效地弥补规范尚无法求解弱支撑钢框架柱计算长度系数的不足。

基于塑性屈服体积-应变增量积的特高拱坝整体稳定性评价

坝肩岩体的工作性状是评价拱坝整体稳定性的重要依据,也是特高拱坝设计与安全调控的重点与难点。数值模拟分析中,以拉裂及压剪屈服区域发育范围的传统评价方法无法考虑岩体及结构面损伤屈服程度,且难以准确评判断层等对应力状态敏感材料的工作性态。为此,提出一种基于应变增量判断建坝蓄水后坝肩结构面是否进入屈服状态,采用塑性单元体积与其应变增量的乘积为指标的拱坝整体稳定性评价方法,并采用该方法对ZY特高拱坝展开研究,揭示了其坝肩岩体及结构面在正常运行工况及超载条件下整体稳定特征演化规律,厘清了显著影响坝肩稳定性的断层及结构面,为特高拱坝整体稳定性评估及加固措施优化调控提供了技术支撑。

双江水库砌石拱坝应力分析及整体稳定性研究

砌石拱坝具有就地取材、施工简便、能充分发挥石材抗压能力等优点,在小型水利工程中得到广泛应用。但砌石拱坝由于体型单薄,在上游水压力的作用下,极易出现应力集中和整体失稳现象。该文依托双江水库工程,采用三维有限元数值模拟方法,对砌石拱坝开展坝体应力分析及整体稳定性研究。研究成果对类似砌石拱坝工程具有参考价值。

拉杆式悬挑脚手架整体稳定性研究现状分析

拉杆式工字钢悬挑脚手架结构是在工程实践中发展起来的一种新型外立面脚手架结构形式,主要功能是为建筑外立面施工提供工作平台,同时也起到临边防护的作用,在高层建筑工程施工中应用广泛。结合当前典型的结构形式,从悬挑外架的发展、理论分析和数值分析等角度入手,对拉杆式悬挑脚手架结构稳定性研究的当前成果进行了分析和归纳。结论是:目前,对于拉杆式悬挑脚手架结构的研究主要集中在设计和应用分析,分析的主要方法是通过其构造组成、受力机理、施工工艺及受力计算等方面进行工程实践和理论计算。对结构进行几何非线性分析以及对受力性能研究得相对较少。

纯弯钢梁整体稳定有限元计算分析

使用有限元进行梁单元整体稳定分析时,为得到不同单元类型的计算精度,对工字形截面(开口截面)与箱形截面(闭口截面)进行纯弯作用下整体稳定分析,分别使用6自由度梁单元、7自由度梁单元、板单元进行数值计算,并与理论计算对结果进行分析对比。根据分析得到不同截面类型适用的有限元模型:对于开口截面,计算受弯、压弯稳定时,应采用7自由度单元;对于闭口截面可偏安全的采用6自由度单元计算。

某388m超高层建筑的侧移刚度与整体稳定性分析

通过某带伸臂桁架和环带桁架加强层的边筒-周边框架体系超高层结构工程设计实例,讨论了高层建筑结构侧移刚度和整体稳定性分析方法。指出在计算结构侧移刚度时应考虑楼板面内有限刚度、地下室结构构件变形、混凝土抗侧向力结构构件开裂刚度折减及二阶效应,从而得到更准确的结构侧移变形和最低阶整体屈曲荷载因子。提出了利用弯矩-曲率分析方法,并根据构件实际受力状态,迭代计算混凝土抗侧向力结构构件的开裂刚度折减系数。比较了中国、欧盟及美国规范关于整体稳定性分析的计算方法,提出在进行整体稳定性分析时,应考虑各种不利因素,从而准确评估二阶效应。讨论了高层建筑在正常使用极限状态下层间位移角限值的取值,并介绍了美国规范对层间位移角的计算方法和限值的建议。详细论述了当前中国规程中关于侧移刚度分析的不足并提出建议,以期为相关类似工程设计提供参考。

大跨下承式钢结构系杆拱桥整体稳定计算分析

随着大跨钢结构系杆拱桥在公路桥梁中的广泛应用,此种桥型桥梁结构计算分析变得越来越重要。大跨下承式钢结构系杆拱桥的整体稳定计算分析是一个复杂而重要的过程,包括结构的设计、施工、荷载作用以及材料性能等。本文针对大跨下承式钢结构系杆拱桥运用计算软件(MIDAS Civil 2021)得出结果,对整体稳定验算进行分析,以期为相关工作提供参考和借鉴。

钢箱梁桥在设计中的整体稳定性和抗倾覆稳定性分析

在现代桥梁工程中,钢箱梁桥以其优异的力学性能和灵活的造型设计,在大跨度桥梁和复杂交通条件下得到了广泛应用。为了确保钢箱梁桥的安全性、可靠性和经济性,对其进行精确的结构分析至关重要。本文着重探讨了钢箱梁桥在设计阶段的结构稳定性问题。通过对钢箱梁桥的结构特点和受力特性的深入研究,详细阐述了影响其稳定性的各种因素。运用有限元理论和计算方法,对钢箱梁桥在整体稳定性和抗倾覆稳定性进行了分析,同时,提出了提高钢箱梁桥结构稳定性的设计思路和措施,为钢箱梁桥的安全、可靠设计提供了重要的理论支持和实践指导。

国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆整体稳定承载力研究

为了研究国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆的整体稳定承载力,用厚度为8mm和12mm的国产Q460高强度钢板制作了3根焊接T形截面试件进行轴心受压试验。基于实测的钢材力学性能、截面残余应力和试件几何尺寸,建立考虑了初始几何缺陷和力学缺陷的有限元模型,分析预测试件的极限承载力,并将有限元结果与试验结果进行对比,验证有限元分析方法的正确性。利用经试验验证的有限元分析方法,补充计算了24根不同长细比压杆的整体稳定极限承载力,将相应的整体稳定系数与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的柱子稳定系数曲线进行比较。研究表明,国产Q460高强钢焊接T形截面轴心压杆的整体失稳形式为绕对称轴的弯扭失稳,失稳时压杆进入了弹塑性变形阶段,在设计过程中选取b类截面柱子曲线对其进行计算是安全可靠的。

基于MATLAB的基坑整体稳定性分析

利用MATLAB程序对基坑边坡开挖的整体稳定性进行校核。基于瑞典条分法,通过搜索圆心确定最危险滑移面的位置。考虑土层、地下水、地面荷载、施工、土钉等多种因素,对基坑边坡开挖的整体稳定性进行分析。瑞典条分法求解的边坡安全系数比其他方法的安全系数更大,具有更高的工程安全性,程序使用方便,计算精度准确、可控、调试方便。结合工程实例表明,在地下水、地面荷载和支护条件等不同工程条件下,基坑安全状况可以得到有效解决。

双层钢板-内填混凝土组合剪力墙整体稳定性分析

考虑几何初始缺陷和材料非线性,对带钢管混凝土端柱的双层钢板-内填混凝土组合剪力墙进行有限元弹塑性整体稳定性分析,研究高度、宽度、厚度、钢板与钢管厚度、混凝土强度和钢材强度等参数对墙体整体稳定性能的影响。通过有限元分析,得到极限稳定承载力、荷载-位移曲线和与组合剪力墙发生失稳时的应力云图。采用三项式和《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)的整体稳定系数公式进行分段拟合,拟合出整体稳定系数计算公式。最后提出轴压作用下的组合剪力墙的极限稳定承载力公式。结果表明:拟合公式计算的整体稳定系数略低于有限元模拟结果,说明本文提出的整体稳定系数计算公式较为安全合理。

考虑层间支援无侧移框架整体稳定性的实用算法

针对规范计算长度系数法逐根构件求解无侧移框架整体稳定的不便,以及无法考虑同层柱之间的相互支援和层与层支援作用的不足,本文探寻了无侧移框架同层柱间支援以及层与层之间的支援规律,利用弹簧-摇摆柱模型采用结构转换的方法推导了无侧移框架柱临界刚度比系数;利用该系数通过分析无侧移框架特征结构单元确定结构层荷载因子,确定表征无侧移框架楼层刚度富余程度的层刚度富余系数和表征层间支援作用的层支援系数;基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接计算无侧移框架整体稳定承载力的计算公式。该公式能够定量地计算无侧移框架楼层之间相互支援程度,避免了计算长度系数法可能因无法考虑2种支援作用造成的不合理设计,可供工程设计和理论计算使用。

中国国际丝路中心大厦超高层结构整体稳定性分析

中国国际丝路中心大厦建筑高度498m,主体结构高度482.5m,属于超高层建筑。首先分析了现行规范刚重比计算公式的适用条件,然后依据本项目楼层质量、地震作用和风荷载的实际分布情况,对现行规范中的刚重比计算公式进行修正。通过采用修正后的刚重比计算公式对本项目的整体稳定性进行评价,结果表明项目整体稳定性满足要求,但需要考虑结构的重力二阶效应。采用ETABS软件对结构进行整体屈曲分析,结果表明,塔楼具有较好的整体稳定性。线弹性屈曲分析计算得到的刚重比数值与修正后的刚重比公式计算得到的数值较为接近,前者略大于后者,可见采用修正后的刚重比公式对结构进行设计偏安全。

节点半刚性特性对空间结构整体稳定性的影响分析

空间结构节点连接构造形式复杂且多样,节点刚度与其构造方式密切相关。基于刚接或铰接的传统边界假定不能完全代表部分节点的特性。空间结构的节点刚度对结构整体稳定性影响显著。以刚接或铰接为连接假定的传统结构计算方法可能会给空间结构的整体稳定分析带来不可忽略的误差。以具体工程为案例,阐述了利用节点有限元分析法和非线性结构计算手段对半刚性空间结构进行整体稳定性分析的过程。通过比较刚接和半刚性模型的计算结果,论证了空间结构设计过程中准确评估节点半刚性特性的必要性。

考虑刚度折减的屈曲约束支撑整体稳定性设计方法

现有的屈曲约束支撑稳定性设计方法偏安全地忽略了内填混凝土和芯板的刚度贡献,导致对支撑整体稳定性的计算存在一定误差,不能准确地描述其屈曲机理。因此本研究将考虑内填混凝土和芯板的部分刚度,进行理论推导给出支撑整体稳定性的计算公式,并且拟合出了不同组合截面支撑中混凝土和芯板的刚度折减系数。然后,通过试验验证了文中所建立的有限元模型的可靠性,并进行了数值模拟,结果表明:本研究所拟合出的折减系数适用性更高,更接近支撑的实际工作状况;本研究提出的稳定性计算公式也能够准确地预测支撑的屈曲行为,并且适用于不同组合截面的支撑。因此,考虑混凝土和芯板刚度贡献的稳定性设计方法,能够更加准确地描述屈曲约束支撑的屈曲机理。