温度对敞开式钢结构穹顶静力性能的影响

文中针对某高校教学楼敞开式钢结构玻璃穹顶以杆件温度为变化参数,进行静力性能的有限元分析,为施工后的安全提供理论依据。利用有限元软件AnsysWorkbench对穹顶结构进行建模,在雪荷载、积灰荷载、玻璃幕墙荷载以及风荷载的共同作用下,分析均匀温度分布与不均匀温度分布条件下结构的最大变形、应力、弯矩,并对关键的杆件及节点进行了变形、应力和弯矩监控。有限元结果表明,在低温条件下杆件由于收缩产生较大拉应力与弯曲应力,在温度为15℃时,杆件由温度引起的变形、应力以及变形最小。在不均匀温度下杆件的最大拉应力、压应力、弯曲应力及组合应力随温度上升呈线性增加,在上部结构温度为45℃时,顶部压力环弯矩最小。

带肋配筋空心方钢管高强混凝土轴压短柱力学性能有限元分析

空心钢管混凝土是一种具有优良性能的组合构件,广泛应用于建筑、桥梁、隧道等工程结构中,矩形钢管混凝土柱与圆形相比,有施工方便、节点构造简单等优点,但研究表明相比于圆形空心钢管混凝土,矩形构件的组合强度较低,延性较差;配筋、加劲等措施,能够有效提升组合柱的强度与延性。PHC管桩是采用先张预应力离心成型工艺,经过蒸汽养护制成的一种空心圆形钢筋混凝土预制构件,内置纵筋能够提升管桩抗弯性能,螺旋箍筋能够改善结构的延性,其单桩承载力高,造价低,应用范围十分广泛。故提出将PHC管桩放入带肋钢管中,夹层混凝土后浇,制成一种新型组合构件——带肋配筋空心方钢管混凝土。已有研究表明,钢管壁厚及宽厚比对此类组合构件的轴压承载力影响最为显著。为研究带肋配筋空心方钢管高强混凝土短柱的轴压性能,以加劲肋数量、钢管壁厚为变化参数对18个带肋配筋钢管混凝土构件进行了有限元模拟,与已有试验结果进行对比,荷载-位移曲线吻合良好。有限元分析结果表明,构件的受力过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化阶段、下降阶段,加劲肋对构件轴压力学性能的影响在四个阶段均有所表现。加劲肋能够有效抑制钢管局部屈曲,使得钢管分担更多轴向荷载,充分发挥钢材的轴压性能。研究表明,相比于无肋构件,单肋构件的极限承载力有明显的提升,继续增加加劲肋数量,构件的极限承载力会继续提升,但提升幅度较小。无肋构件中的钢管分担内力会较早达到峰值,分担内力-位移曲线进入下降阶段,而带肋构件的钢管分担内力达到峰值较晚,分担内力-位移曲线无明显的下降段,表明带肋构件的钢管能够在加载后期承担更多的轴向荷载,从而提升构件的延性。相比于增大钢管壁厚,采用合理的加劲措施能够更有效地提升组合构件的承载力,且更加节约钢材。最后给出了带肋配筋空心方钢管混凝土短柱轴压承载力算式,计算结果误差均在5%以内且偏于保守。