均布荷载下腹板开孔钢梁的受弯性能研究

为研究腹板开孔钢梁的性能,文中通过建立有限元模型,分析了开孔尺寸、开孔位置和开孔数量对钢梁挠度的影响。基于Timoshenko梁挠度理论和T/CECS951—2021《隐式钢管混凝土结构技术规程》开孔梁挠度增量计算公式,给出了刚度折减系数计算方法。在弹性分析的基础上,对腹板开孔钢梁的弹塑性抗弯承载力进行分析,考虑了开孔位置、开孔数量和腹板高宽比的影响,并对比分析了实腹梁、腹板开孔梁、单面水平加劲、单面水平加劲和背面竖向贯通加劲、双面水平加劲、双面水平加劲和单侧竖向加劲一共6种情况。发现水平加劲肋对于开孔截面的抗弯承载能力具有明显的提高作用,但是当腹板高厚比较大时,设置横向加劲肋有助于提高腹板的稳定性。基于分析结果,最终给出了实用的洞口补强构造设计建议。

腹板开孔耗能支撑框架结构抗震性能研究

钢框架中心支撑结构是一种双重抗侧力结构体系,为避免水平荷载作用下中心支撑斜杆发生失稳,提出一种矩形钢管腹板开孔耗能支撑,其与钢框架采用高强螺栓连接,进而形成耗能支撑框架结构,耗能支撑发生破坏后易于替换。耗能支撑的耗能板件采用对称开孔与S形开孔两种形式,利用ABAQUS有限元软件,分析了耗能腹板厚度、长度、开孔间距等参数对耗能支撑以及支撑框架滞回性能的影响。研究结果表明:两种开孔形式的耗能支撑框架结构的支撑斜杆均未发生失稳,结构滞回曲线饱满,无捏缩现象。耗能支撑主要依靠开孔腹板的孔间板件率先进入塑性状态来耗散大部分能量。与S形开孔形式相比,对称开孔形式的耗能支撑框架结构的承载力与刚度更大,但在加载后期,S形开孔形式耗能支撑框架结构变形大的优势发挥得更明显,耗能效率高。

腹板开孔型钢框架梁柱节点抗震性能试验

介绍了梁腹板开孔型钢框架梁柱节点,以及12个足尺试件的拟静力破坏试验的试验结果.对节点破坏模式和滞回曲线的比较分析表明,按现行规范设计的全焊型梁柱节点在地震作用下可能会出现连接焊缝的脆性破坏,满足不了抗震设计的延性要求;腹板开孔型节点可以有效的将塑性铰外移到距节点区较远的梁截面上,在强震作用下,其破坏形式是梁翼缘板、腹板的局部变形,满足抗震设计的延性要求;当梁腹板削弱量合适时,节点的承载力不会发生较大减小.因此,腹板开孔型节点具有良好的抗震性能.此外这种节点应用于房屋体系时,水暖管线可从梁中穿过,降低结构空间占用成为可能,并且腹板开孔型节点也便于加工制作,是一种值得推荐的新型节点形式.

腹板开孔轻钢龙骨复合墙体传热性能试验

为进一步探讨优化轻钢龙骨复合墙体传热性能的有效途径,扩大其在我国寒冷地区的应用,采用热电偶测温方法进行了腹板开孔、带外保温层腹板开孔轻钢龙骨复合墙体传热性能的试验研究,重点考察了墙体的传热系数和测点温度,并与有限元建模分析所得墙体的平均传热系数和测点温度进行细致对比.结果表明:腹板开孔可以降低轻钢龙骨墙体的热损失,从而削弱龙骨所在部位的热桥效应,显著提高墙体的保温性能.两种试验方案的墙体传热系数分别为0.315W/(m2·K)、0.250W/(m2·K),可以满足我国寒冷地区居住建筑围护结构节能50%的传热系数限值要求.

腹板开孔轻钢龙骨复合墙体截面参数对传热的影响

对腹板开孔轻钢龙骨复合墙体截面参数如钢龙骨翼缘宽度、龙骨厚度、龙骨宽度和龙骨间距对墙体传热的影响和热桥问题进行模拟研究.结果表明:龙骨翼缘宽度对墙体传热系数影响不大,对墙体局部多维传热影响较大;龙骨宽度对墙体传热系数影响很大,龙骨宽度越小,热桥现象越严重;墙体传热系数随龙骨厚度的增加呈线性上升,龙骨截面越厚,热桥现象越突出;热桥占墙体总面积的比例随龙骨间距增加而减小,墙体的传热系数相应减小,而对钢龙骨的热桥效应影响甚微.

腹板开孔钢梁的极限承载力有限元分析

应用有限元法对腹板中心开圆孔钢梁的性能和极限承载力进行了研究,并用其它学者所做的试验加以验证。由有限元计算所得的极限荷载、破坏特征以及荷载变形关系与试验结果比较接近。研究表明,在孔洞周边设置加劲肋对孔进行加强可以显著改善这类梁的承载性能。

钢框架梁柱端板连接腹板开孔型节点的受力特性

对梁柱端板连接标准型和腹板开孔型节点进行了非线性有限元分析,研究了腹板开孔参数对节点区应力分布、屈服时应力应变发展变化及节点的弹性极限承载力的影响,对不同开孔尺寸节点的力学性能进行了分析比较,探讨了端板厚度、螺栓、开孔参数对端板上应力分布的影响.结果表明,梁柱端板连接腹板开孔型节点的细部构造对其受力影响较大,采用合理的细部构造形式有利于降低应力集中,改善节点的应力分布,使之受力均匀合理.

腹板开孔的冷弯槽形轴压构件试验研究

腹板开孔是冷弯薄壁构件中一个较新的构造形式。孔的存在导致薄膜应力的重新分布,影响构件的屈曲特性和承载能力,使得无孔构件的分析与设计公式不再适用于开孔构件,因此有必要研究开孔构件。本文选取冷弯薄壁型钢中主要的承力构件形式卷边槽钢构件,对两端简支、腹板开单孔的中长柱进行了轴心受力性能的试验研究,对比进行了未开孔构件的试验。通过对比发现两类构件的受力特性有着明显的差异,开孔构件的承载力有所降低。将两类构件的试验结果分别与理论分析、ANSYS模拟结果进行对比和分析,讨论了两类构件受力性能及承载力不同的原因。根据不同开孔尺寸试件的试验结果可知,开孔构件的极限承载力随着开孔高度、宽度的增大而下降。

轴心受压六边形腹板开孔蜂窝钢柱的力学性能研究

为了研究一端固接一端自由的六边形孔蜂窝钢柱在轴心力作用下的力学性能,应用大型有限元分析软件ANSYS建立数值模型,分别从扩张比的变化、长度变化和第1个开孔处距柱底的距离变化研究其对蜂窝钢柱受力性能的影响,同时对比了六边形孔蜂窝钢柱与原截面实腹式钢柱承载力的差别。通过数值模拟发现六边形孔蜂窝钢柱的破坏形式并非局部屈曲或整体屈曲,而是两者相关屈曲,在分析基础上给出了不同参数的较优取值。

腹板开孔Σ形复杂卷边槽钢轴压承载力试验

以不同截面形式的腹板开孔薄壁钢构件轴压性能为研究对象，分别对复杂卷边槽钢、∑形复杂卷边槽钢两种截面形式，共10根腹板开孔轴压简支柱进行了承载力试验。试验结果表明，与相同用钢量下的腹板开孔复杂卷边槽钢相比，腹板开孔∑形复杂卷边槽钢轴压构件的承载效率可提高30％～50％。与相同条件下的不开孔构件轴压试验相比，开孔构件的破坏模式基本不变，但破坏位置多发生在孔洞附近。利用有限元软件对试验进行模拟分析，模拟结果与试验结果吻合良好。以此为基础，采用有限元模拟对比了相同截面形式下腹板开孔和不开孔轴压构件的承载效率和应力云图，结果表明，与同截面的不开孔构件相比，腹板开孔复杂卷边槽钢的承载效率平均下降6．15％，腹板开孔∑形复杂卷边槽钢的承载效率平均下降25．57％。孔洞的存在改变了构件的应力分布情况，较大应力区域和最大应力点均出现在孔洞附近。

腹板开孔标准轻钢龙骨力学性能比较研究

腹板开孔轻钢龙骨作为一种有效的节能构件而被广泛应用于寒冷地区的轻钢龙骨复合住宅体系中.采用ANSYS非线性有限元方法系统分析了在轴压、弯矩、压弯基本荷载作用下,腹板开孔对标准轻钢龙骨的屈曲模式、变形、截面应力、承载力等方面力学性能的影响规律,给出龙骨腹板孔洞的合理取值范围.结果表明,常用孔洞参数范围内腹板开孔对龙骨承载力的降低幅度可以控制在10%以内;腹板开孔后龙骨整体变形能力降低,峰值应变相应减小,使龙骨的初始刚度略微增大.腹板孔洞长度是影响龙骨力学性能的重要参数,随孔洞长度增加,龙骨承载力下降,延性变差.

轻钢龙骨腹板开孔参数对复合墙体传热的影响

对C型腹板开孔轻钢龙骨复合墙体的传热性能进行了数值模拟,分析了腹板开孔参数(开孔排数、开孔长度、宽度、孔的横向间距和纵向间距)对墙体传热的影响和热桥问题.结果表明,腹板开孔后能有效降低墙体传热系数和热桥效应,合适的开孔参数为:开孔排数4-6排、孔长70-80mm、孔宽2-3mm、孔的横向间距6-9mm、纵向间距20-30mm.

不同腹板开孔率下H型吊杆的气动稳定性研究

通过风洞试验,研究了宽高比B/H=2.4下,不同腹板开孔率的H型吊杆在0o^90o偏角区间内的气动稳定性。试验均在均匀流中进行,来流风为横桥向时定义为0o风偏角。节段模型试验研究发现,适度腹板开孔可减小涡激共振幅值,但不能避免H型吊杆发生涡激振动;腹板不开孔吊杆可发生弯曲驰振与扭转颤振,腹板开孔可显著提高H型吊杆弯曲驰振稳定性,但腹板开孔后在20°偏角附近存在扭转颤振失稳区间,且发生扭转颤振的偏角区间受腹板开孔大小影响明显。吊杆气弹模型试验进一步验证了H型吊杆可发生扭转颤振失稳。

腹板开孔的箱型梁结构噪声辐射特性分析

箱型梁结构在列车的动力作用下产生振动并引发低频噪声,这种低频噪声对人体健康危害很大。以单跨32 m轨道交通箱型梁为研究对象,分别建立腹板无孔与腹板开孔两种工况下的三维实体有限元模型;在计算列车荷载作用下箱型梁振动响应的基础上,采用有限元-边界元耦合声学求解方法,分析计算腹板开孔的箱型梁结构噪声辐射特性。结果表明:腹板开孔使箱型梁跨中顶板和底板的垂向振动均有所降低;腹板开孔使箱型梁结构噪声衰减方向发生改变,在梁体下方及远场点有较好的降噪效果,分析结果可为城市轨道交通箱型梁的结构减振降噪设计提供一定的理论参考依据。

腹板开孔冷弯槽钢梁直接强度法研究

直接强度法(direct strength method,DSM)是预测冷弯型钢受弯构件承载力行之有效的设计方法,该方法兼顾了构件发生畸变屈曲和局部-整体相关屈曲两种主要的屈曲破坏模式,计算过程相对简单,应用性强,应用范围广,具有较为广阔的发展前景。为了进一步完善腹板开孔冷弯型钢受弯构件DSM承载力设计公式,为我国《冷弯型钢结构技术规范》的新一轮修订及工程设计提供参考,对已有的360组腹板开孔冷弯槽钢梁的试验数据及有限元参数分析数据进行了整理,将数据结果与现行北美冷弯型钢结构设计规范(NAS)(2016)中腹板开孔冷弯型钢受弯构件DSM承载力设计公式曲线进行了对比。比较结果表明,对于绝大多数腹板开孔冷弯槽钢梁而言,NAS(2016)中DSM的承载力预测结果是偏于不安全的,其中对于发生以局部屈曲为主破坏的开孔梁的预测结果偏差尤为显著。最后,基于已有的试验结果、有限元参数分析结果和弹性屈曲临界应力求解方法,得到了适用于腹板开孔冷弯槽钢梁承载力设计的DSM修正公式。

双层均布荷载作用腹板开孔混凝土简支箱梁模型试验研究分析

为实现城市双层交通，以1∶6比例设计了腹板开孔混凝土箱梁，对其在双层均布荷载作用弹性工作状态下的受力性能进行了试验研究。基于试验结果建立有限元模型对其进行分析，在理论值与试验值吻合的基础上，讨论了开孔与否对试验梁弹性阶段受力性能的影响。研究表明：均布荷载作用在双层箱梁底板其实测跨中挠度比相同荷载作用于顶板时增大9.7％，底板加载对腹板开孔混凝土简支箱梁的挠度有较大影响；较不开孔箱梁而言，各工况作用时开孔箱梁跨中挠度增大22.9％～28.1％，且开孔梁在各工况作用下截面剪力滞系数增大，最大增大量值达62.0％。因此，腹板开孔对承受双层荷载钢筋混凝土简支箱梁抗弯受力性能有较大影响。

腹板开孔冷弯薄壁钢轴压构件畸变屈曲承载力试验研究

对26根屈服强度235MPa腹板开圆孔冷弯薄壁型卷边槽钢截面轴压构件进行畸变屈曲承载力试验研究,分析了构件屈曲模式和极限承载力,采用国家规范GB50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》计算构件承载力、非线性有限元数值模拟结果与试验结果进行分析比较。在此基础上,对腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明,对于中等长度腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件主要出现畸变屈曲模式;腹板开孔在对构件畸变屈曲稳定承载力有一定的降低作用,采用折减构件有效截面面积的方法可计算开孔构件的畸变屈曲稳定承载力。

套管加强梁腹板开孔梁柱节点滞回性能分析

针对梁腹板开孔型梁柱节点的不足,提出了套管加强梁腹板开孔的梁柱节点形式.运用ABAQUS有限元软件对这种新型节点的滞回性能进行了参数分析,结果表明该新型节点既能达到塑性铰外移的目的,又能满足节点的抗剪要求,使节点具有足够的承载力和良好的抗震性能.同时该节点也可满足大孔径管道穿通的要求.

梁腹板开孔型梁柱节点滞回性能分析

提出了一种改进形式的腹板开孔型梁柱节点,在腹板矩形开孔的基础上对两侧边进行半圆弧开孔,运用有限元软件ABAQUS对已有梁翼缘削弱型梁柱节点的循环荷载试验进行三维实体建模分析,通过对比试验与有限元得到的滞回曲线及破坏形态对有限元建模方法的有效性进行验证,然后进行了15个不同开孔细部尺寸的节点模型在循环荷载作用下的模拟分析。当腹板开孔高度H不大于梁截面高度hb的47%时,未能有效地实现塑性铰外移,滞回曲线基本与未削弱的标准模型的重合。当腹板开孔高度达0.53hb时,节点的承载力明显降低,塑性铰在开孔区域形成。随着开孔矩形部分宽度B的增大,节点的承载能力逐渐降低,但降低幅度不大,塑性变形向开孔区域转移。建议开孔削弱中心距离柱翼缘表面的距离L取为hb,腹板开孔矩形部分高度H和宽度B分别为0.53hb和0.5hb左右,最后通过改变梁柱截面对该组削弱参数取值进行了合理性验证。

腹板开孔新型冷弯薄壁构件受弯性能研究

目的分析经腹板开孔处理的受弯构件静力性能变化,以及各参数值变化后对构件的影响规律.方法采用ANSYS有限元分析方法,以两种新型构件(HF1、HF2)的截面参数、孔洞参数作为变化量.对比分析两种新型构件腹板开孔、不开孔的屈曲模式、应力分布、挠度和承载力等.结果在常用孔洞参数范围内,构件开孔后性能降幅一般不高于10%,但构件延性会降低;截面高度对构件的抗弯能力起控制性作用;孔洞长度越长,构件的性能损失就越大.结论两种新型构件在腹板开孔后抗弯性能损失较小,各类参数取值不同能够影响构件的抗弯承载力.