箍筋尺寸对复合约束短柱的轴压性能影响分析

为分析不同箍筋尺寸对内置方形箍筋的复合约束短柱轴压力学性能的影响,采用大型有限元分析软件对复合约束短柱进行了建模分析,研究了箍筋参数对短柱破坏模式、承载能力和延性等力学性能的影响,研究结果表明,提高箍筋直径和内置钢筋笼的边长对短柱的破坏现象影响较小,但能有效提高短柱的复合约束作用,进而提高短柱的承载能力和延性。

四角钢组合约束型防屈曲支撑的轴压试验研究

四角钢组合约束型防屈曲支撑具有轻量化及装配化等特点,其组成特点是采用高强度螺栓把4个外围约束角钢连接成整体,形成对内核构件的整体约束作用。该类防屈曲支撑受轴压荷载作用时,4个外围约束角钢之间以及内核与外围约束构件之间存在复杂的相互作用,外围约束构件受力状态复杂。文中进行了5根四角钢组合约束型防屈曲支撑在轴压循环荷载作用下的试验研究,考察其受力性能与破坏机理、轴压承载力与骨架曲线以及约束比参数对它们的影响。对试验试件建立精细化有限元模型(螺栓单元与接触单元),模拟分析其加载过程的应力与变形发展历程。通过对比各试件的试验实测结果、理论计算结果与精细有限元模拟分析结果,表明有限元分析结果可偏于安全地预测试件的实际受力状态;如果计入内核端部附加偏心距的影响,理论设计公式可用于这类防屈曲构件的承载力设计,具有较高的可靠性。

火灾下轴向约束波纹腹板梁悬链线效应分析

火灾下受约束钢梁大变形阶段的悬链线效应,考虑了轴向拉力对钢梁抗弯承载力的贡献,可提高钢梁的耐火极限。波纹腹板梁通过波折提高了腹板平面外刚度,可以采用更大的高厚比,在抗弯承载力基本不变的情况下,大幅度降低了材料用量。但波纹腹板梁轴向刚度小于相应的平腹板梁,其悬链线效应与平腹板梁有较大的差别。利用验证的有限元模型对受约束波纹腹板梁和平腹板梁悬链线效应的受力机理进行了分析,探讨了波纹腹板梁与平腹板梁中腹板对轴向承载力和抗弯承载力的贡献。对比研究了两种梁在悬链线效应方面的异同。由于波纹腹板梁的轴向刚度较小,其产生的轴向压力比相应的平腹板梁小,在相同荷载作用下,波纹腹板梁更早地进入悬链线效应阶段。

约束PEC柱轴力变化规律及影响因素

为考察火灾下相邻构件约束对PEC柱轴力的影响,应用有限元软件ABAQUS建立了标准升温条件下约束PEC柱的数值分析模型,并用试验数据验证该模型。应用模型分析火灾荷载比、轴向/转动约束刚度比、长细比、偏心率对约束PEC柱轴力变化系数的影响规律。分析表明:约束导致柱轴力出现不同程度的增长;轴向约束刚度比、偏心率越大,轴力变化系数的峰值越大;荷载比越大,轴力变化系数的峰值越小;长细比、转动约束刚度比对轴力变化系数影响较小。

轴向约束钢柱的抗火性能分析

应用ANSYS软件计算了钢柱在标准的升温模式下的温度场,然后利用ANSYS的耦合分析,将温度场导入结构分析中,分析了火灾下两端简支的轴心受压钢柱随温度升高时的力学性能并与理论计算结果进行了比较。对柱的轴向约束刚度以及荷载比对轴心受压柱受力性能的影响作了进一步的分析,阐述了轴向约束钢柱在火灾下的变形及轴向附加荷载的一些规律,可为钢柱的抗火设计提供一定的参考价值。

弹性轴向约束平面钢梁火灾下非线性分析的弧线坐标法

以变形后构件的弧线长度和截面转角为基本未知量,提出了一种火灾升温下弹性轴向约束平面钢梁的非线性分析方法。以节点的内力和外力平衡为条件建立基本方程,可方便考虑几何非线性和材料的非线性。节点仅包含弧线长度和截面转角两个自由度,计算效率优于常规有限元法的梁单元。以承受均布荷载的梁为例,分析了荷载、轴向约束刚度、沿截面和纵向不均匀分布温度的影响,给出了梁跨中的挠度、轴力和弯矩随温度的变化关系,并分析了在不同温度下跨中截面应变和应力的分布。算例表明,该方法有足够的精度。

火灾高温下轴向受约束波纹腹板梁受力性能参数分析

采用ABAQUS有限元模型对火灾下轴向受约束波纹腹板梁的悬链线效应进行参数分析。选取荷载比、轴向约束刚度比、跨高比、翼缘厚度以及波纹腹板厚度为主要参数,研究钢梁的跨中挠度和梁端轴力等随温度的变化规律,并给出火灾下钢梁的临界温度。结果表明:随着荷载比的增加,钢梁进入悬链线效应的温度逐渐降低;随着跨高比的增加,考虑悬链线效应后临界温度的提升幅度增加,钢梁悬链线效应的作用也越明显。

截面温度不均匀对受约束波纹腹板梁火灾下悬链线效应的影响

以受约束波纹腹板梁为研究对象,利用有限元模型进行了截面温度均匀和不均匀分布对轴向约束波纹腹板梁悬链线效应影响的对比分析。结果表明:由于不均匀温度下产生的热弯曲效应,约束钢梁在受压阶段的竖向挠度更大而梁内轴力更小;均匀温度受约束钢梁的临界温度比不均匀温度钢梁高6.2%;不均匀温度钢梁的温度比越小,钢梁的热弯曲效应越明显,相应的临界温度越低。

截面温度不均匀受约束波纹腹板梁悬链线效应参数分析

利用经试验验证的有限元模型对均匀温度和不均匀温度分布下轴向约束波纹腹板梁的悬链线效应进行了参数分析,选取荷载比、轴向约束刚度比、跨高比及倾角为主要参数,研究了钢梁的跨中挠度、梁端轴力和悬链线弯矩等随温度的变化规律,并给出了火灾下钢梁的临界温度。由于不均匀温度下产生的热弯曲,钢梁在压力阶段的挠度更大而轴力更小。但均匀温度下钢梁的破坏温度比不均匀温度情况时高。钢梁的悬链线温度和破坏温度都随着荷载比的增大而降低。相同荷载比作用下,不同跨高比钢梁的悬链线温度相同,但其破坏温度随跨高比的增大而升高,钢梁的悬链线效应也越明显。

约束混凝土柱的升降温全过程轴力分析

利用SAFIR程序,开展了约束混凝土柱的升降温全过程轴力分析。考察了轴向/转动约束刚度比、截面边长、荷载比、荷载偏心率、配筋率、升温时间等参数对ISO834标准升降温过程作用下约束混凝土柱的轴力的影响规律,并与单调升温时的相应规律进行了比较。通过对2880种工况的计算分析,建议给出了该类构件轴力变化系数的实用计算方法。研究结果表明:对于轴向/转动约束混凝土柱,无论单调升温还是先升温后降温,轴力变化系数总体都呈现出先逐渐增大而后有所减小或基本保持稳定,最后以较大速率持续降低的趋势,主要区别在于后期单调升温对应的降低速率一般比先升温后降温时更大;对于先升温后降温的轴向/转动约束混凝土柱,转动约束刚度比、柱长和混凝土保护层厚度对轴力变化系数影响较小,而轴向约束刚度比、荷载偏心率和配筋率越大或荷载比和截面边长越小,轴力变化系数的峰值就越大。

火灾下约束钢柱临界温度的简化计算方法

在火灾条件下,约束钢柱轴力由于升温而增加,会导致在较低的温度下发生屈曲;但屈曲后,钢柱的轴向温度膨胀得到释放,轴力下降,因此屈曲后钢柱仍能继续承栽。本文通过计算长度系数将转动约束钢柱转换为铰支钢柱,给出了一种轴向约束钢柱在火灾升温条件下的临界温度的简化计算方法——轴力放大系数设计方法。此法通过轴力放大系数将轴向约束钢柱转化为无约束钢柱,再按无约束钢柱计算得到钢柱的临界温度。用验证过的有限元模型对简化计算方法进行了验证,计算结果表明简化方法吻合较好。

轴向约束圆钢管高温屈曲后承载力实用计算方法

由于结构的连续性,使得局部火灾下的网架结构中圆钢管杆件表现出典型的轴向约束杆件力学特征,这种轴向约束的存在使杆件高温屈曲后仍具有一定的承载力。基于轴向约束杆件高温屈曲后力学特征量相关方程,采用MATLAB数学求解器,开展大规模参数分析,得出关键参数影响下,轴向约束圆钢管高温屈曲后极限承载力随着长细比的增加而先降低后趋于不变,随着荷载比的增加而先略有增加后增幅趋缓,随着约束刚度比的增加而先增加后不变。基于2 300个算例结果,拟合得到约束圆钢管高温极限承载力计算公式。拟合计算公式与相关方程得到的解析解吻合较好,可作为网架结构圆钢管杆件抗火承载力验算依据,也为进一步研究网架结构受火失效机理奠定了基础。

后张预应力混凝土结构的次轴力

次轴力和次弯矩一样 ,是预应力次内力的一项。预应力构件中的次轴力一般体现为拉力 ,无论从抗裂还是从抗弯的角度看 ,次轴力是一种不利的内力 ,在设计时对它的忽略 ,将会产生工程隐患。本文对次轴力产生的原理和分布特点、考虑次轴力的应力验算和抗弯设计方法 ,以及减小次轴力的措施进行了讨论。

轴心受压约束钢管柱温度应力试验研究

为揭示轴心受压钢构件温度应力的变化规律,利用自行研制的专用设备,采用恒载连续升温试验方法,设13级约束刚度,3级初应力,6种长细比,对215根Q345钢管柱进行试验研究。结果表明:①温度应力是最重要的作用效应,在钢结构耐火设计与评估中必须考虑。升温后期温度应力虽下降,但此前试件已经失效。②约束刚度和长细比越大,温度应力越大,试件的破坏温度越低,反之相反;约束刚度越大,长细比越小时,温度应力-温升曲线塑性平台越长。③长细比影响试件的破坏特征:长细比较大时,破坏后侧向残余变形较大,轴向变形较小,为失稳破坏;反之相反,为强度破坏。④不同的初应力下在温升初期曲线基本重合,斜率相同;初应力越低,温度应力越大,曲线从初始重合曲线上分离越晚,反之相反。⑤随温升增大,曲线呈现4个阶段:温升较小时,温度应力与温升呈线性关系;随后应力增长变缓,呈非线性关系;温升继续增大,温度应力保持不变,试件进入塑性阶段;最后随温升增大而温度应力变小,试件失效破坏。

高温下带轴向约束的钢筋混凝土构件轴向内力的实用计算方法

根据结构力学的原理和方法,提出了一种火灾下带轴向约束的钢筋混凝土构件轴向内力的实用计算方法.通过对带轴向约束的钢筋混凝土柱的高温内力分析,并与前人试验结果进行对比,初步验证了该方法的可行性.

基于有限元修正的悬索桥加劲梁节段模型

基于有限元模型修正技术,提出了一种局部节段模型的修正方法。以某大跨度悬索桥为例,在加劲梁1/4跨附近取节段,建立局部模型。拟定5个受力工况,以加劲梁弦杆轴力作为目标函数,对等效的边界弹性约束进行了修正研究,验证了该方法的有效性。研究结果发现:由于边界约束条件的差异,取自于整体结构的局部模型将对结构内力产生较大的影响。悬索桥加劲梁局部模型端部弹性约束刚度明显高于其中部弹性约束刚度,其受力类似于简支梁的特性。修正前、后节段模型相比于整体模型,其内力计算精度平均提高30%以上。

约束混凝土梁的升降温全过程轴力分析

利用SAFIR程序开展了约束混凝土梁的升降温全过程轴力分析,考察了轴向约束刚度比、截面宽度、全截面配筋率、升温时间等参数对ISO 834标准升降温作用下约束混凝土梁的轴力影响规律,并与单调升温时的相应规律进行了对比;通过对288种工况的计算分析,给出了该类构件轴力比的实用计算方法。研究结果表明:对于轴向和转动约束梁,无论是单调升温还是先升温后降温,轴力比总体都呈现出先逐渐增大而后平缓变化,然后以较大速率降低的趋势,主要区别在于先升温后降温时平缓段的持续时间比单调升温时更长;对于先升温后降温的轴向和转动约束梁,转动约束刚度比、截面高度、梁跨度和荷载比对轴力比影响很小,而轴向约束刚度比和全截面配筋率越大或截面宽度越小,轴力比峰值就越大;考虑到实际工程情况,可近似忽略混凝土保护层厚度变化对轴向和转动约束梁轴力比的影响。

轴心受压约束钢柱的温度应力函数

为在火灾时准确评估轴心受压钢构件的温度应力,利用236根约束钢柱的温度应力试验数据,建立了轴心受压钢构件关于轴向约束刚度、长细比、初应力和温升4个参数的温度应力函数,其计算公式与共计32 997个实测温度应力数值点的平均相对误差为5.6%。如果将该温度应力函数嵌入钢结构分析程序,可以方便、准确地计算受轴向约束轴心受压钢构件的温度应力。

双套管防屈曲支撑的抗震性能的实验研究

双套管防屈曲支撑是由内核与套筒组合而成的结构体系,其中内核承受轴向压力,套筒只提供内核侧向支撑并约束内核的屈曲变形.主要对其3个主要设计参数约束比、间隙和内核突出段长度进行了探讨性的实验研究,得出该三种不同参数的变化对防屈曲支撑的抗震性能的影响程度.

钢柱温度应力数值计算与试验对比研究

联合应用恒载升温热-力路径下所得ε-T-k材料模型与恒温加载热-力路径下所得ε-k-T材料模型,构建了一种与受火钢构件实际热-力路径相符的分段叠加计算模型,并将计算结果与试验结果进行对比分析。结果表明:所采用分段叠加法突破了传统的恒温加载试验和恒载升温试验钢构件热-力路径,计算所得结果与试验结果相近,作为计算分析钢构件温度应力的一种方法,可有效提高钢结构抗火设计与评估的准确性。