高强螺栓连接考虑杠杆力作用的设计方法

分析和研究了钢结构高强螺栓受拉连接采用外伸端板或T型接头的破坏机理、杠杆力产生的原因以及杠杆力的计算理论。介绍了我国《钢结构高强度螺栓连接技术规程》JGJ82征求意见稿中关于接头设计考虑杠杆力影响的设计方法。通过算例分析和比较了国内外几种高强螺栓节点连接考虑杠杆力作用的计算方法,为工程设计提供参考依据。

用于钢筋混凝土连梁地震反应分析的考虑非线性剪切的纤维梁单元Ⅰ:原理与开发

长期以来,普通配筋钢筋混凝土(RC)连梁在剪力墙、框架核心筒等高层结构体系中均得到了广泛的应用。在对该类体系进行地震反应分析时,迫切需要一个高效、准确且建模方便的连梁计算单元。该文基于对国内外普通配筋RC连梁试验的归纳总结及各类考虑非线性剪切效应的构件计算模型的充分比较,提出了在传统的基于纤维截面模型的分布塑性铰梁单元的基础上引入截面剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系的单元开发思路。通过对通用有限元程序MSC.MARC(2007r1)的梁单元截面模型接口进行二次开发,实现了一种适用于普通配筋RC连梁非线性地震反应分析的纤维梁单元。提出了适用于普通配筋RC连梁的剪力-剪切变形骨架曲线和滞回规则,模型可充分体现捏拢、强度和刚度退化、承载力下降等RC连梁复杂的受剪特性,并可考虑任意复杂加载路径。特别针对RC连梁特有的剪切滑移现象,提出相应的剪力-剪切滑移骨架曲线和滞回规则,可充分体现剪力-剪切滑移关系中捏拢、强度和刚度退化等现象,同时引入剪切滑移和剪切受压极限曲线实现不同破坏模式的判断。利用剪力-剪切变形关系和剪力-剪切滑移关系,分别开发了剪切单元和滑移单元,并将二者结合实现对连梁构件的模拟分析。

考虑楼板空间组合作用的组合框架体系设计方法(Ⅱ)——刚度及验证

在前文研究的基础上,研究楼板空间组合作用对组合框架结构抗侧刚度及内力分布的影响。采用梁-壳混合模型对影响组合框架梁等效刚度的关键因素进行分析,并在此基础上通过大量数值计算和参数分析,提出组合框架梁刚度放大系数简化计算公式。随后采用不同参数的规则和非规则组合框架体系模型充分验证该文建议公式的合理性。结果表明,采用建议的考虑楼板空间组合作用的组合梁框架全杆系模型能较准确地预测结构的自振周期、地震层剪力、侧移、层间位移、组合梁内力等,而忽略楼板空间组合作用会高估结构自振周期、低估结构地震剪力、高估结构侧移和层间位移、低估组合梁内力等。最后选取5个国内外已报道的钢-混凝土组合框架结构抗震性能试验结果对前文和该文提出的设计方法进行验证,结果表明本研究建议的相关设计公式可在组合框架结构体系的设计中合理地考虑楼板空间组合作用对结构抗侧性能的影响。

门式钢刚架结构实用抗火临界温度计算方法

本文应用Ansys程序,针对门式钢刚架结构,变化各种参数,进行了多个不同算例的结构整体抗火临界温度的计算。在对算例结果进行参数分析的基础上,忽略次要参数,考虑主要参数,得出了适用于跨度小于52m,高度小于10m,截面高度小于900mm的任意门式钢刚架结构整体抗火临界温度的简化计算表格,可方便地用于该类结构的抗火设计。

初始几何缺陷对钢框架柱性能的影响(Ⅱ):参数分析

在钢框架二阶弹性分析中,结构整体初始几何缺陷和构件的初始几何缺陷是实际存在的,其影响不可忽略。通过平面子结构理论模型进行参数分析,结果证明,对于弱支撑钢框架柱,结构的整体几何缺陷和构件几何缺陷对弯矩的影响均可以等效为作用于楼层处的假想水平力,假想水平力是作用于该楼层的竖向荷载的函数。

铝合金结构螺栓连接的抗剪计算方法

铝合金建筑结构在工程中的应用已逐渐增多,但对于铝合金结构螺栓连接的计算方法还缺乏系统的研究,相关的规程规范还有待于完善。本文采用有限元数值计算方法探讨了铝合金螺栓连接的受剪破坏模式,并采用已有试验资料对计算模型进行了验证,研究了在各种连接长度的情况下,剪力在各个螺栓之间的分布规律,并与钢结构螺栓连接的情况进行了对比。在参数分析的基础上,本文建议了螺栓连接的抗剪计算公式,并给出了长连接的抗剪承载力折减系数。

吊车梁腹板局部承压应力的计算

根据以前的有限元分析结果,本文对吊车梁腹板在轮压作用下的局部承压应力,采用半无限平面上无限长梁作用法向集中力的问题的模型进行求解。这个问题早在70多年前已由前苏联学者获得了级数形式的解,并由级数解反推出闭合解,解答过程非常复杂繁冗。本文介绍了一个新的简单解法,直接利用Flamant解,建立无限长梁的平衡微分方程和梁与半无限平面的变形协调方程,进行Fourier变换,联立Fourier变换后的方程求解,然后进行Fourier逆变换,方便地求出半平面体上表面的位移和应力以及无限长梁的剪力和弯矩的积分表达式。理论解与前人结果一致,应用于吊车梁所求出的等效承压长度,与有限元分析结果接近。本文提出了修改等效承压长度的计算公式的建议。

轴心受拉柱脚节点受力性能有限元分析

轴心受拉柱脚节点在实际工程中应用比较普遍,本文对该节点受力性能进行有限元分析,研究锚栓所受拉力、底板位移和应变,得出底板下应力分布与底板抗弯刚度有关,在底板绝对刚性时,底板保持平面,底板下应力均匀分布;在此基础上又提出该节点的有关设计公式,并进一步对该节点受力性能进行参数分析,讨论底板厚度和加劲肋设置对其受力性能影响,为实际工程设计提供参考。

初始几何缺陷对钢框架柱性能的影响(Ⅰ):理论模型

在钢框架二阶弹性分析中,结构整体初始几何缺陷和构件的初始几何缺陷是实际存在的,其影响不可忽略。因此在由单根柱和梁组成的平面子结构二阶弹性理论模型中,引入以上两种几何缺陷,得出了位移与内力的计算公式。利用该理论模型,可以考虑各参数对框架柱二阶效应的影响,并能系统分析框架结构整体几何缺陷与构件几何缺陷对二阶弹性弯矩的影响。

对《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》(CECS230∶2008)中几个问题的探讨

《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》(CECS 230∶2008)的颁布对我国高层混合结构的设计有着重要的意义,使目前的设计工作可以有章可循。本文参考此规程完成了一钢管混凝土框架-混凝土核心筒结构的设计工作,并在设计过程中与以往的其它规程进行了比较,发现外框剪力调整方法、偏心率、钢管混凝土柱的抗弯承载力计算方法、承载力抗震调整系数、结构阻尼比等均存在商榷之处,在此提出,希望能够为这本规程的应用起到推动作用。

水平荷载作用下半刚性连接组合梁框架承载能力极限状态验算方法

本文分析了半刚性连接组合梁框架的在水平荷载作用下的受力特性,提出了对于具有合理构造措施的半刚性连接框架,采用塑性分析方法进行在水平荷载作用下的框架整体极限承载能力、组合梁的承载能力及框架柱的承载能力验算。采用塑性分析方法可使设计计算工作量极大地降低,而且能给出较为安全和准确的分析结果,这可供半刚性连接框架的实际设计参考。

钢压弯构件面内等效弯矩系数取值的改进(下)——端部有侧移的构件

本文继上篇之后论述端部有侧移的压弯构件的面内等效弯矩系数。首先推导弹性悬臂构件等效弯矩系数的理论计算公式,包括自由端承载和杆内荷载的不同工况,并在此基础上推出近似计算公式。其次,用有限元方法计算悬臂压弯构件的弹塑性稳定承载力,并以此为基础对弹性分析的结果进行校验。校验表明弹性等效转换得到的公式可以可靠地应用。同时,还论证了公式可以应用于端部有转动约束的框架柱。最后讨论框架内力采用二阶分析时的柱的βm系数,指出《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)的规定有所误解。

美国、欧盟及中国钢结构设计规范中柱子曲线的对比

通过对比美国规范AISC360-05,欧盟规范EN1993以及我国规范GB50017关于轴压构件整体稳定设计的相关规定,发现AISC360-05因采用单一柱子曲线,因而不能充分考虑残余应力等因素对整体稳定承载力的影响;EN1993和GB50017分别采用5条和4条柱子曲线,因而较为科学;GB50017规定的整体稳定系数对大多数截面而言高于EN1993,但由于GB50017采用的抗力分项系数较低,其预测的承载力设计值仍低于EN1993和AISC360-05。

钢压弯构件面内等效弯矩系数取值的改进(上)——两端支承的构件

首先阐述两端简支的弹性压弯构件面内等效弯矩系数的理论侧面及公式的简化。考虑了3种不同的加载工况。对于兼承横向荷载和端弯矩的工况,提出应用叠加原理的方法,可以得到简单而精度较好的解。其次,用现有面内稳定极限承载力资料校验建议的计算公式,3种工况都得到满意的结果。最后论证,把简支构件βm系数计算公式中的欧拉临界力改为端部约束杆的临界力,即可推广到构件端部有约束的情况。

梁柱连接计算方法的演变

本文回顾了钢框架梁柱刚性连接计算方法国内外的发展情况,介绍了我国沿用至今的常用设计法和存在的问题,系统介绍了日本1998年提出的新思路和新方法,也介绍了日本2001年对此法的修改和简化说明。此法概念清晰,安全可靠。计算表明,它应用简便,极具实用价值。

荷载缓和体系的非线性分析

荷载缓和体系是一种新颖的结构体系,本文阐述了该体系的特点和分析原理,提出了该体系的非线性分析方法,并举例以说明其应用。

新世代钢结构桥梁之设计与施工(Ⅰ)

台湾是个海岛,地狭人稠,又是个丛山峻岭、河川密集的地方。在这特有的地理环境下,要有优质的生活水平,无疑地,首先要有便捷顺畅的交通路网,而桥梁是在路网中不可或缺的设施,是交通建设中之关键工程,也是重要的维生线。由于现今桥梁建设日趋大型化、长跨径化与轻量化,又加上景观的需求以及地标的创造,钢桥的兴建将来应会逐渐增多,造桥的技术也将大幅的提升。本文为第一部分。

考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁模型

通过引入纤维梁截面的正应变平截面假定和剪应变线性分布假定,根据美国学者Hsu提出的转角软化桁架模型中的混凝土材料二维本构关系,从基本的材料力学原理出发,推导了可考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁单元的本构关系求解流程。基于大型通用有限元程序ABAQUS提供的用户自定义子程序UEL,采用FORTRAN语言开发了可考虑扭转作用的钢管混凝土纤维梁模型,能够模拟钢管混凝土柱在轴力-弯矩-扭矩复合受力下的全过程力学行为,并可考虑任意加载路径。该文所开发的纤维梁模型具有较高的精度和求解效率。

半月板移植的固定法对胫股关节屈曲中韧带及骨骼的力学特性影响

基于正常膝关节4个屈曲角度(0°/25°/60°/80°)下的MRI图像数据,构建了正常以及内侧半月板移植术中双隧道固定和三隧道固定的胫股关节有限元模型,对屈曲角系列下的4种模型分别施加10N.m的内外旋扭矩进行有限元仿真,得到各模型在两种载荷作用下的应力及位移分布,通过从仿真结果中提取各韧带表面的最大拉应力、韧带内的张力及韧带的最大变形量以及股骨、胫骨最大等效应力进行对比分析,获得了内侧半月板移植的双隧道/三隧道固定方法对胫股关节屈曲中韧带及骨骼力学特性的影响。结果表明:同类异体半月板移植的两种固定方法均在一定程度上改善了半月板切除引起的韧带力学行为的异常情况,尤其以采用三隧道固定后的改善更为明显。与双隧道固定相比,三隧道固定使各屈曲角度下韧带表面最大拉应力的变化更为小些,且对各韧带内张力的大小的改变也更微小;虽然三隧道固定使两种载荷作用下韧带的平均变形量的变化更大一些,但4个屈曲角度下的平均变化百分比不超过10%。同类异体半月板移植的两种固定方法均在一定程度上影响股骨和胫骨应力分布,但采用三隧道固定后的影响相对于双隧道固定的小。综合而言,三隧道固定比双隧道固定更利于移植膝韧带力学性能的恢复和胫骨/股骨接近正常的骨骼应力分布。该文的研究结果能为同类异体半月板移植手术的临床实施和术后分析提供参考数据。