张弦空间结构的弹塑性极限承载力分析

张弦空间结构是一种性能优越、结构形式丰富、具有广阔应用发展空间的结构形式,近年来已在大跨度公共建筑中得到了广泛的应用。虽然对几种典型工程结构的静、动力性质及施工方面的研究取得了较多成果,但对这一类空间结构的极限承载力、极限状态发展过程的分析仍存在许多不足。为研究此类结构弹塑性极限状态发展过程的共性与特点,以3个体育馆屋盖张弦空间结构为研究对象,采用有限元方法对结构进行弹塑性极限承载力全过程分析,分析张弦空间结构的屈服机制、失效机制和滑动支座张弦结构的全过程反应特征,总结大跨度空间结构的内力重分布规律和荷载传递规律。分析表明,张弦空间结构的预应力索杆体系可有效提高结构的刚度和极限承载能力,张弦结构的极限承载力通常由强度控制;结构的空间几何形态是影响结构刚度和塑性发展过程的关键因素。此研究增进了对大跨度张弦结构空间工作性能的理解,有助于指导结构设计。

开口薄壁杆件的塑性极限承载力研究

为了研究开口薄壁杆件的塑性极限承载力,采用空间杆件广义屈服准则定义单元承载比、结构的承载比均匀度及基准承载比的概念和计算表达式,据此建立了弹性模量调整的计算公式,进而提出了薄壁杆件结构的极限承载力分析的弹性模量缩减法。算例结果表明,弹性模量缩减法具有良好的计算精度和计算效率。算例分析表明,工字形薄壁杆受偏心荷载作用时,对结构破坏影响最大的内力是弯矩,其次是扭矩;工字型薄壁杆的极限承载力随翼板厚度或腹板厚度的增加而提高,且对前者的变化更敏感。

钢闸门面板弹塑性极限承载力计算

钢闸门的面板在进入弹塑性阶段后 ,仍有很大的强度储备 .根据板壳理论及结构塑性极限分析定理 ,分别推求出了钢闸门面板的弹性极限承载力及塑性极限承载力 ,从而给出了钢闸门面板设计公式中的弹塑性调整系数的理论值 。

2010年上海世博会主题馆屋盖结构弹塑性极限承载力分析

以上海世博会主题馆屋盖结构为研究对象,采用通用有限元程序ANSYS对结构整体模型和屋盖单独模型进行弹塑性极限承载力全过程分析,分析结构的屈服机制、失效机制和结构在屋盖单独模型和整体模型中的全过程反应特征。分析表明,张弦桁架结构的预应力索杆体系可有效提高结构的刚度,结构塑性发展遵循连续梁结构的力学性态,结构的弹性支承边界条件在一定程度上能提高结构的极限承载能力。

可抬起柱脚连柱支撑钢框架塑性极限承载力分析

可抬起柱脚连柱支撑钢框架是一种新型可更换构件的结构体系,提出了一种可抬起柱脚的构造形式,分析了水平地震作用下该结构体系的变形特征。建立了连柱钢支撑框架极限状态下的典型屈服机制,基于虚功原理和小变形假定,推导出多高层连柱钢支撑框架的水平极限承载力计算公式。采用有限元软件ABAQUS建立了3层算例模型,其中可抬起柱脚采用非线性弹簧单元Spring2模拟,对其进行推覆分析,并与极限承载力计算的结果进行比较。研究表明:水平荷载作用下,连柱的柱脚向上抬起,耗能连梁两端相对运动明显,塑性损伤充分发展;有限元计算结果验证了极限承载力计算公式的合理性,此公式可为工程设计提供参考依据。

弹性支承圆弧钢浅拱弹塑性极限承载力分析

实际工程中许多拱结构支承于其他结构之上,下部结构对拱脚的约束并非完全刚性,在这种情况下拱脚约束可以简化为水平和转动弹性约束。采用ANSYS有限元分析软件,在考虑初始缺陷、几何非线性和材料非线性的基础上,针对工字形截面水平和转动弹性支承圆弧钢拱进行了参数化分析。研究了不同荷载工况下水平和转动弹性支承拱的弹塑性极限承载力、极限状态下拱脚的支座位移,对已有的设计公式进行了修正。

基于平衡荷载态整体优化的双向张弦梁弹塑性极限承载力参数分析

为了研究基于平衡荷载态整体优化的双向张弦梁结构在弹塑性极限承载力方面的特征与规律,对影响结构承载力的主要因素:结构缺陷、荷载非对称性、支座形式、撑杆高度、预应力大小等进行了系统的弹塑性极限承载力分析。结果表明:双向张弦梁对初始缺陷并不敏感;结构设计、施工时对可能出现的非对称分布荷载需要仔细验算;在结构使用期内,一端固定铰支座,一端滑动铰支座是较为合理的支座形式;撑杆高度可明显提高结构极限承载力,同时应力比不大;双向张弦梁结构下弦索的预应力存在一个最优值,过大或过小都会使结构构件过早进入塑性。

大跨度杂交结构弹塑性极限承载力分析

内力重分布能力是大跨度空间结构工作性能和安全性能分析的新角度.对新型大跨度张弦网壳杂交结构进行弹塑性极限承载力分析,分析了完好结构和存在局部失效构件的张弦网壳结构极限承载力、荷载传递路径、内力重分布规律,并探讨了"冗余构件"与"必要构件"的转化问题.确定了结构的塑性发展过程和极限状态,总结了大跨度空间结构的内力重分布规律.构件失效后结构的内力重分布能力反应了构件的重要性和结构的安全性.

预应力钢桁架结构的设计与极限承载力分析

介绍了钢桁架结构体系的布置特点,结合初始态张拉分析,提出合理运用张拉预应力的方法。考虑初始缺陷,着重进行几何非线性分析和弹塑性极限承载力分析,找出结构的破坏机制。计算结果表明结构具有足够的安全储备。

钢管壁哑铃形屈服线模式及承载力计算方法

基于组件法将钢梁-钢管柱螺纹锚固单边螺栓平齐端板连接简化为T形件-钢管模型,并利用参数化的有限元模型分析了T形件-钢管节点在单向拉伸荷载作用下钢管壁平面外受拉性能,发现了钢管柱壁新型的哑铃形屈服线模式。通过虚功原理,建立了钢管壁发生该屈服线模式的塑性极限承载力的计算方法。对不同参数的T形件-钢管节点钢管壁平面外受拉承载力进行了有限元分析,钢管柱壁塑性极限承载力的计算结果与有限元分析结果基本吻合。

复合材料及其结构塑性极限载荷的上限分析

从细观和宏观两个角度研究复合材料及其结构的塑性极限承载问题。在细观角度上 ,从基于材料细观结构代表性胞元出发 ,根据塑性极限分析中的上限理论 ,借助于均匀化理论和有限元方法 ,建立复合材料强度参数计算的有限元数学规划格式。在此基础上 ,模拟复合材料的屈服面 ,进而拟合出复合材料的屈服准则。在宏观角度上 ,针对由复合材料构成的结构 ,根据数值模拟得到的屈服准则 。

基于ABAQUS的某古墓加固方案中的静力弹塑性分析

采用ABAQUS有限元分析软件对古墓进行静力弹塑性分析,得到古墓应力分布图,从而找到古墓的薄弱位置,并进行竖向单调加载,得到极限承载力,为古墓的加固和保护提供分析方法和设计依据。

北京奥运会乒乓球馆钢屋盖与下部结构的协同工作

以2008年北京奥运会乒乓球馆为研究背景,采用了两个计算模型:模型一,分离出上部屋盖结构的单独计算模型;模型二,上部屋盖结构和下部支承结构共同作用的整体计算模型,着重分析了下部支承结构的刚度对上部屋盖结构的支座反力、支座滑移量、索内轴力以及节点挠度产生的影响,并通过对计算结果的比较,来研究乒乓球馆钢屋盖结构与下部混凝土框架结构协同工作的性能。

重庆西站组合桁架拱结构设计与安全性分析

重庆西站站房正立面结合建筑造型采用大跨度组合桁架拱结构体系。桁架拱结构体系传力高效,但结构的稳定性是保证结构设计安全性的关键问题。文章以重庆西站为例,通过拱结构在大跨度空间结构中的设计应用,综合性的对桁架拱结构进行静力分析、稳定性分析和弹塑性极限承载力分析。研究结果发现,重庆西站正立面桁架考虑几何非线性和材料非线性后的极限荷载因子为3.29,证明了重庆西站桁架拱结构具有足够的安全余度,该研究结果可为类似大跨度桁架拱结构的安全性设计提供参考。

新型折板网壳结构特性及关键技术研究

折板网壳结构是一种新型的结构形式,兼具了空间桁架结构与空间网壳的优点。重点介绍了该结构在分析与设计中的关键问题:结构体系的布置与力学特性;荷载的安全取值以及构件合理计算长度系数的确定;利用弹塑性方法分析其稳定性、极限承载力以及塑性发展规律以说明折板网壳结构优异的力学承载性能;对复杂套钢管节点进行弹塑性分析。分析方法和结果可供类似结构的设计、分析参考。

考虑材料拉压模量不同及应变软化的厚壁圆筒解析解

基于三剪应力统一强度理论和弹脆塑性模型,同时考虑材料拉压模量不同及应变软化、中间主应力效应,推导了单层厚壁圆筒均匀内压与塑性软化区半径的关系、双层厚壁圆筒均匀内压作用下的弹脆塑性极限承载力,分析了参数b、c、半径比r_(b)/r_(a)、材料的拉压模量系数λ对双层组合厚壁圆筒的影响特性。通过算例分析表明:双层组合厚壁圆筒弹性极限承载力P_(emax)随b的增大而增大,随c的增大而减小,随材料的拉压模量系数λ增大而减小;对理想弹塑性材料,脆塑性极限承载力P_(u1)随b的增大而增大,随c的增大而减小,随半径比r_(b)/r_(a)的增大而增大,与材料的拉压模量系数λ无关;对其它材料,脆塑性极限承载力P_(u3)随b的增大而增大,随c的增大而减小,随材料的拉压模量系数λ增大而减小。三剪应力统一强度理论解包含了Mohr-Coulomb解及双剪统一强度理论解,还能得到一系列化的新解,对单层和双层组合厚壁圆筒的设计及应用具有参考价值。

平面型弦支结构体系及超越雪荷载下的弹塑性分析

平面型弦支结构体系是一种被广泛认可和应用的新型预应力大跨度结构体系。对平面型弦支结构在形态分析、静动力性能和施工过程分析等方面的研究现状及工程应用情况进行综述,指出关于平面型弦支结构弹塑性分析缺乏的现状。结合近年来频发的暴雪灾害,指出超越雪荷载下开展平面弦支结构弹塑性分析的必要性。在超越雪荷载作用下,数值模拟平面型弦支结构弹塑性极限状态的发展过程,得到平面弦支结构在全跨和半跨超越雪荷载作用下的屈服机制和失效机制,并给出其内力重分布规律和荷载传递规律,为实际工程在超越雪荷载下的分析和设计提供理论依据。

基于失效评定图(FAD)研究含疲劳裂纹T型圆钢管节点的安全性

失效评定曲线(FAD)常用来评价焊接结构在出现裂纹后的安全性,为了验证这种曲线在评价焊接管结构在节点部位出现疲劳裂纹后安全性的适用性,采用实验测试和有限元分析的方法研究了3个含疲劳裂纹的T型管节点试件在静力作用下的极限承载能力及破坏过程。3个T型管节点试件首先进行疲劳实验在焊趾处产生表面裂纹,然后通过在支管端部施加轴向拉力作用检测节点的破坏过程。基于自行开发的含表面裂纹T型管节点的有限元网格自动产生程序以及ABAQUS分析软件,研究了在管节点破坏过程中表面裂纹最深点的应力强度因子大小,并通过实验的荷载-位移曲线确定了T节点试件的塑性极限承载力。在这些结果的基础上,验证了FAD在评价含疲劳裂纹的焊接管节点安全性方面的适用性。研究结果标明:FAD在评价含疲劳裂纹管节点的安全性方面是安全可靠的,但偏于保守。

张弦空间结构的非线性分析

运用非线性有限元基本理论研究张弦空间结构的非线性特征。针对5个张弦空间结构工程,研究结构的几何非线性、材料非线性和边界条件的状态非线性特征,揭示其基本力学特性。分析表明:张弦空间结构的刚性构件体系贡献了结构的线性刚度,结构的变形协调使拉索应力刚化进而增大结构的几何刚度;对索施加初始预拉力可以增大结构几何刚度,但不影响结构总刚度增量的变化规律;结构总刚度的非线性部分随荷载步的改变而更新,结构分析须先确定结构所处的荷载工况;结构材料进入塑性后表现为结构总切线刚度中线性部分的降低,当结构达到弹塑性极限承载力时表现为结构材料失效。基于张弦结构的自平衡特性,当张弦空间结构滑动支座滑移达到滑程时,结构的边界条件转变为相应的铰支座或弹性支座。通过屋盖结构支座附近同位置且同方向的下部支承结构体系的刚度与屋盖邻支座区域杆件体系刚度的比较,可方便准确地对屋盖单独模型进行屋盖结构在实际工作环境中边界条件的模拟。