考虑局部屈曲加劲钢箱形构件极限承载力的纤维梁柱模型

大型桥梁加劲钢箱形构件的极限承载力会受到板件局部稳定性能的影响,而目前尚缺乏成熟的可直接计入局部屈曲的高效计算模型。归纳总结国内外钢构件计算方法对局部屈曲的处理方式,明确以有效应力法即采用板件(或加劲板)平均受压应力-应变曲线简化局部屈曲效应的研究思路。通过有限元程序ANSYS二次开发钢板拉压非对称本构模型,提出一种可直接计入局部屈曲的纤维梁柱模型。材料本构模型中受压应力-应变曲线通过小型的加劲板板壳模型得到,且全面考虑了焊接残余应力与几何缺陷。搜集已开展的钢箱梁、钢桥塔及钢拱肋的稳定性试验,采用提出的纤维梁柱模型、板壳模型与传统弹塑性梁柱模型进行分析,展示截面纤维划分策略,验证文中纤维梁柱模型的可靠性与高效性;通过设置不同的缺陷参数,探讨缺陷水平与局部屈曲对各个构件极限承载力的影响。研究表明,随着缺陷水平的严重,局部屈曲会显著降低极限承载力,提出的纤维梁柱单元模型能够有效地预测加劲钢箱形构件的极限承载力,具有较广泛的应用前景。

Q690高强钢焊接箱形截面轴压构件局部稳定性分析

高强钢焊接箱形截面轴压构件已被广泛应用于钢结构工程中.本文利用ANSYS分析软件建立了考虑局部几何初始缺陷和焊接残余应力的有限元模型,对Q690高强钢焊接箱形轴压短柱构件进行有限元分析.对比已有试验数据,验证了所建立有限元模型的可靠性.利用有限元模型进行参数化分析,并对Q690高强钢焊接箱形轴压构件进行局部稳定分析.采用直接强度法(DSM),给出了适用于Q690高强钢焊接箱形轴压构件局部稳定的设计公式.

钢筋混凝土箱形构件双向压弯剪反复扭矩作用的性能研究

对复合受力构件在扭矩作用下的非线性性能,包括扭矩-扭转角关系、开裂扭矩、初始刚度、破坏特征、延性和承载能力进行深入探讨,为推导箱形截面钢筋混凝土构件复合受扭下的强度和刚度计算公式以及《钢筋混凝土结构设计规范》(GBJ10—2002)制定有关设计条文提供依据。不仅对钢筋混凝土受扭构件的空间变角桁架理论假设进行了验证,而且以试验数据为指导,讨论了此类构件在工程实际中的应用推广。

混合有限元法分析带纵肋钢箱构件的受力

根据平截面假定推导了杆系单元和板壳单元在交界面上的约束方程,形成了混合有限元方法。利用该方法可以十分方便将整体杆系结构计算的内力作为外荷载施加到单个构件上,并对构件进行局部的受力分析。以带纵肋箱形构件为例,用混合有限元方法对该类构件进行了局部应力分析和局部板件稳定分析,总结了在混合有限元模型中板壳部分所需的长度及其合理的设置位置。

不锈钢焊接箱形截面柱轴心受压相关稳定试验研究

不锈钢的非线性材料特性使其构件承载性能不同于普通钢结构构件,需要开展专门的研究。通过焊接加工8个不锈钢箱形截面柱,包括奥氏体型S30408和双相型S22253两种牌号,在试件两端铰接的约束条件下开展轴心承压加载试验。试验中对板材力学性能、试件的局部与整体几何初始缺陷、纵向焊接残余应力分布和加载初偏心进行了测量。加载试验得出了板件的局部屈曲承载力与构件的相关稳定承载力,展示了从组成板件局部屈曲到构件整体弯曲屈曲的渐变失效形态。将试验结果与欧洲不锈钢规范EN 1993-1-4、直接强度法和中国冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018的计算公式进行比较表明,由于欧洲规范和直接强度法没有考虑不同牌号不锈钢材料力学性能的差异,对双相型S22253构件的承载力计算偏于保守,而奥氏体型S30408构件的计算承载力偏于不安全;而中国规范GB 50018没有考虑焊接残余应力、几何缺陷和材料非线性的不利影响,高估了构件的相关稳定承载力。所得到的试验结果将为后续的数值分析与理论研究提供数据支撑。

焊接薄壁箱形截面轴心压杆的承载力计算

在论证有效截面法和有效屈服强度法的相通性的基础上,建议对焊接薄壁箱形截面轴心压杆采用后一种方法计算其承载力。在用这种方法计算时,用传统的正则化宽厚比作为参数,以保证必要的可靠度。建议方法和已有试验资料做了比较。对中长压杆,试件实测承载力大多略高于计算值。

铝合金箱形-工字形盘式节点整体变形性能试验研究

铝合金网壳结构在大跨空间结构中具有广泛的应用前景.南京牛首山佛顶宫大穹顶工程中采用了铝合金网壳结构,其节点包含两种截面杆件,均使用不锈钢环槽铆钉与节点盘进行紧固连接,形成了特殊形式的箱形-工字形盘式节点.为研究铝合金箱形-工字形盘式节点在面外弯矩作用下的传力机理、变形性能、节点刚度、破坏模式和极限承载力,开展了箱形-工字形盘式节点整体试件的静力加载试验,使用有限元软件ABAQUS对试验加载全过程进行了数值模拟,并将试验结果与相同截面铝合金箱形-工字形盘式节点相连对肢节点的试验结果进行对比分析.试验结果表明:南京牛首山佛顶宫大穹顶工程中采用的铝合金箱形-工字形盘式节点为半刚性节点,节点刚度较大,整体延性相对较小;在较大面外弯矩作用下构件的上节点盘发生屈曲变形,试件加载破坏时下节点盘仍处于弹性阶段,杆件连接部位腹板出现明显屈曲变形,杆件与上节点盘连接处发生断裂破坏.足尺有限元模型的数值模拟结果与试验结果吻合较好,具有工程应用可靠性.与相同截面的铝合金箱形-工字形盘式节点相连对肢节点试验结果相比,铝合金箱形-工字形盘式节点6根连接杆件之间的相互作用提高了节点刚度,但在一定程度上降低了节点的延性和抗弯承载力,在设计和使用过程中需进一步加强和改进.

Q550钢焊接箱形截面压弯构件的局部稳定和屈曲后强度

通过12个Q550D钢短柱的单向偏压试验,研究高强钢焊接箱形截面压弯构件的局部稳定性能和极限承载力;将极限承载力与美国、欧洲和中国钢结构设计规范相关公式计算结果相比较,以验证各规范对Q550D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算的适用性。结果表明,在翼缘宽厚比b/t=27.9~56.1,腹板高厚比h/t=40.5~80.1,偏心距e_(y)=20~50mm,欧洲和中国规范中的相关公式有较高精度,仍然适用于550D钢焊接箱形截面压弯构件屈曲后强度计算,而美国规范中相关公式有时偏不安全。

690MPa高强钢薄壁方形截面轴压构件承载力直接强度法研究

与有效宽度法和有效屈服强度法相比,直接强度法更简单。采用ANSYS有限元软件建立模型分析了名义屈服强度f_(y)为690MPa高强钢薄壁方形截面轴压构件的极限承载力,并和直接强度法、修正的直接强度法相比较。主要参数:板件宽厚比b/t=23,30,40,50和60;构件长细比λ=20,30,40,50,60,70,80和90。研究结果表明:对f_(y)=690MPa的薄壁方形截面(b/t>20)轴压构件,采用直接强度法和修正直接强度法计算时,其稳定系数采用《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中的a类曲线;对长细比70≤λ≤90的构件,3种方法均偏保守;对长细比20≤λ<70的构件,在大部分宽厚比范围内,Kwon等提出的修正直接强度法能较好地预测有限元计算结果,直接强度法偏于不安全,Shen Hongxia提出的修正直接强度法偏安全。

高强钢薄壁箱形截面压弯构件极限承载力研究

利用数值模拟方法分析了18Mn2Cr Mo BA高强钢薄壁箱形截面(由槽形钢板对焊而成)压弯构件的极限承载力,研究了长细比、翼缘宽厚比、截面边长比3个参数对薄壁箱形截面构件极限承载力的影响。在数值模拟计算和对轴心受力、受弯构件研究的基础上,提出了适用于18Mn2Cr Mo BA高强钢薄壁箱形截面压弯构件极限承载力的计算方法。研究结果表明:随着长细比的增大,弯矩-轴力相关曲线由上凸变为下凹,翼缘宽厚比、截面边长的增大都会降低构件极限承载力,各参数之间相互影响。提出的建议计算方法与有限元计算结果符合较好。

点焊薄壁构件受集中载荷或均布载荷作用时的翘曲扭转研究

基于点焊薄壁构件翘曲扭转理论,分析和研究点焊双帽箱型横截面薄壁构件中部有集中载荷和整个构件长度上有均匀分布载荷作用时的扭转变形特性。进行数值仿真发现,在构件中部受集中力偶作用时,扭转刚度比与载荷作用点有关,在集中力偶作用附近流过焊点的剪应力很小,并作用点左右两侧的剪应力方向相反;在整个构件长度上受均匀分布力偶作用时,只要两端不约束翘曲,扭转刚度比保持不变等。

箱形截面压弯构件的平面外稳定计算

利用ANSYS程序对箱形截面压弯构件进行了大量计算 ,并对计算结果进行分析拟合 ,得到了实用的箱形截面平面外稳定计算公式。计算中考虑了残余应力和初始几何缺陷的影响 ,应力应变关系取理想弹塑性本构关系。

箱形及实心截面钢筋混凝土双向偏压剪构件在反复扭矩作用下受扭性能的对比分析

通过对箱形和实心两种截面的钢筋混凝土构件进行相同条件下的双向偏压剪反复扭试验,对两种构件在破坏形态、滞回延性及耗能能力等方面进行了对比.以相对偏心距和轴压比为主要研究参数分析了其对两种构件性能的不同影响.通过对比分析认为:箱形截面构件的抗扭承载力低于实心截面构件,轴压比和相对偏心距对两种构件的延性系数的影响大致相同,箱形截面构件在反复扭矩作用下的滞回性能较实心截面构件弱.分析结果对进一步研究箱形截面构件的受扭性能,进而深入探讨钢筋混凝土的复合受扭构件的受扭承载力的分析计算奠定了基础.

中美新规范关于焊接薄壁箱形轴压构件稳定承载力设计方法研究

和前一版本相比,我国《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)(简称《钢标》)和美国钢结构规范(ANSI/AISC 360-16)(简称《16版美标》)均对焊接薄壁箱形截面轴心受压构件的相关条文做了较大修正。修正后的计算公式是否能很好地预测焊接薄壁箱形截面轴心受压构件的稳定承载力尚未见报道。对比了两国新旧版本规范的相关内容,收集了名义屈服强度为235~690 MPa钢焊接薄壁箱形截面轴心受压构件的试验结果和有限元结果,并验证了《钢标》和《16版美标》相关条文的适用性。已有试验和有限元结果表明:《钢标》按b类截面计算构件的稳定承载力较为保守,特别是对于大长细比和大宽厚比构件,如果改为按a类截面计算则偏不安全;《16版美标》偏不安全。

钢筋混凝土箱形截面剪-扭构件的最小配筋率

从受剪和受纯扭构件最小配筋率入手 ,通过理论分析 ,给出了箱形截面剪 扭构件最小配筋率计算公式 ,并与实芯截面和规范GB5 0 0 1 0— 2 0 0 2计算公式进行了比较。理论分析表明 ,箱形截面剪 扭构件最小受扭纵筋配筋率宜计及箱形截面的特性。在未作进一步研究前 。

基于连续强度法的铝合金箱型截面轴压构件稳定承载力研究

目的将连续强度法(Continuous Strength Method,CSM)应用到6061-T6铝合金箱型截面轴压构件稳定承载力预测上,解决连续强度法仅适用于计算构件截面承载能力的问题。方法采用有限元软件ABAQUS建立试件的有限元模型,在已有的试验验证的基础上进行扩大参数分析,研究我国铝合金规范对不同截面柔度系数和正则化长细比构件稳定承载力预测的准确度;基于连续强度法对我国规范的稳定系数计算公式进行修正,提出适用于连续强度法的稳定承载力计算公式,将两种方法的计算结果进行对比。结果我国铝合金规范对截面柔度系数在0.228~0.906内构件的稳定承载力预测普遍偏于保守;对长细比较大构件的稳定承载力预测较保守;笔者提出的修正计算公式能够获得更加精确的结果。结论笔者提出的公式比我国铝合金规范更准确地预测铝合金轴压构件的稳定承载力,且离散度更低,为铝合金构件的稳定设计提供新的设计参考方法。

大跨度箱形拱桥现浇支架设计与分析

某钢筋混凝土箱形拱桥为主跨 2 2 0 m的等截面悬链线无铰拱 ,净矢高 40 m。采用有支架现浇施工方案 ,支架采用制式器材拼组而成 ,介绍了现浇支架的设计与计算分析方法。

铝合金网壳结构箱型-工字型盘式节点单肢受力性能有限元分析

为了研究铝合金箱型-工字型盘式节点单肢构件在竖向和侧向力作用下的受力性能,该文以足尺试件的静力加载试验为基础,采用通用有限元分析软件ABAQUS对铝合金箱型-工字型盘式节点单肢构件进行非线性有限元分析,同时将该盘式节点与刚性节点受力性能进行对比。有限元分析结果表明:在竖向荷载作用达到极限时,试件DZ1的长肢箱型杆件与节点盘相连处的腹板以及下翼缘发生局部屈曲,试件DZ3的紧邻长肢工字型杆件的短肢箱型杆件腹板进入塑性;在侧向荷载作用达到极限时,试件DZ2、DZ4均表现为长肢杆件与节点盘连接处最外侧铆钉孔断裂破坏。有限元模拟结果与试验结果拟合较好,节点较刚性节点应力分布相似,该种混合型盘式节点具有较高的刚度,可作为半刚性节点应用于实际工程当中。

弯扭箱形钢构件受拉性能与破坏机理

弯扭箱形钢构件是指在箱形钢构件的基础上,2个端部绕构件轴线发生扭转、沿构件纵向发生弯曲的复杂构件。因优美的建筑造型,弯扭箱形钢构件近年来在国内外的大跨度空间结构中逐步得到应用,然而目前对于弯扭箱形钢构件的受拉性能和破坏机理尚缺乏系统性的研究。利用ABAQUS有限元程序建立了受拉作用下弯扭箱形钢构件的数值分析模型,通过试验验证了计算模型的准确性。研究了钢材强度、弯曲曲率、截面相对扭转角和钢板厚度等参数对弯扭箱形钢构件受拉承载力的影响规律。分析结果表明:随着钢材强度和钢板厚度的增加,弯扭箱形钢构件的屈服受拉承载力明显提高;构件弯曲程度和截面相对扭转角的增大会明显降低其屈服受拉承载力。另外,还分析了弯扭箱形受拉钢构件的破坏模式和受力机理,研究结果可为实际工程中弯扭箱形钢构件的设计和应用提供参考依据。

世博博物馆“欢庆之云”结构设计

世博博物馆结构整体由"历史河谷"和"欢庆之云"两部分组成。"欢庆之云"建筑造型取自云朵的形态,是由三角形网格组成的底部向上、向外扭转延伸的单层网壳曲面钢结构,建筑体型较不规则、空间定位复杂。结构杆件采用矩形钢管,分区段统一截面的外包尺寸,构件间采用刚性节点连接。为满足建筑的外观效果,工程创新性采用了直扭箱形构件。"欢庆之云"具有多重传力路径,结构的控制荷载为地震作用,考虑几何、材料双重非线性影响的临界屈曲承载力满足设计规范要求,结构具有良好的整体稳定性。