承受循环轴力的支撑屈曲后承载力研究

为探讨在罕遇地震下支撑屈曲后承载力的合理取值方法,根据支撑的滞回性能试验及有限元分析回归出支撑的屈曲后承载力计算公式,并与各国规范的计算值进行对比。结果表明:支撑的屈曲后承载力可按我国现行建筑抗震规范的规定或按本文建议的回归公式计算;鉴于在支撑倒V形或V形布置的中心支撑框架中,受压支撑达到屈曲后承载力时,与其对应的受拉支撑屈服后的抗拉承载力也有退化,根据分析对比,建议被撑梁上的竖向不平衡力按受拉支撑屈服承载力竖向分量的80%计算。

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。

大长细比约束杆件屈曲后承载力简化计算方法

大跨度建筑空间中的火灾属于局部火灾,局部受火的网架结构由于其整体性会产生杆件间的约束效应,实际工程中网架结构的杆件长细比往往大于钢框架柱。目前对于网架结构中的约束杆件屈曲后承载力未见研究报道。根据假定的高温下约束杆件的变形形态建立内外力平衡方程,提出考虑初弯曲的网架结构中轴向约束杆件屈曲后轴力的简化计算方法,得到受火全过程轴力—温度的关系曲线,并发现初弯曲会使得长细比较大的约束杆件的应力增长速率明显减小。通过ABAQUS软件对网架结构中轴向约束杆件受火力学反应全过程进行了数值模拟,本文提出的简化计算方法与数值模拟结果吻合较好,为进一步分析网架杆件屈曲后承载力对整体结构抗火性能的贡献提供了理论依据。

铝合金工字梁腹板屈曲后承载力有限元分析中材料本构关系模型的探讨

本文采用五种不同的铝合金本构关系模型,用有限元分析软件ANSYS对铝合金工字梁腹板屈曲后承载力进行了数值模拟,并通过对有限元计算结果和试验值的比较,分析不同材料本构关系模型对铝合金工字梁腹板屈曲后承载力计算精度的影响。

冷弯型钢板件相关屈曲和极限承载力

冷弯型钢板件相关屈曲的精确计算十分复杂。本文基于盈亏相抵的概念导出板件约束系数的近似计算公式,比已有公式简便。经过矩形管短柱试验数据的分析,加上其他截面的现成资料,可知板件在屈曲后仍然存在相关性,确定受压极限承载力时应该计及这种相关性。

节点板式连接对H形钢支撑面外稳定性能的影响

为研究节点板对H形支撑面外弯曲约束能力和对支撑稳定承载力的影响规律,设计并制作了12个带有节点板的H形支撑(支撑系统)模型试件。进行了轴向等幅往复循环加载条件下的试验研究,得到了支撑端部的节点板连接净距等对支撑稳定承载力的影响规律,建立了往复循环加载条件下受压时支撑稳定承载力的退化准则和屈曲后承载力的建议取值方法。使用有限元方法对试验结果进行了精细化数值模拟,二者吻合效果良好。据此,对带有节点板的支撑系统进行了足尺模型的大规模参数分析。结果表明,支撑长细比、节点板厚度、支撑端部的节点板净距、支撑与梁柱夹角等参数对支撑稳定承载力和节点板面外转动刚度具有显著影响。基于这些关键参数对支撑端部弯曲约束能力的影响规律,并考虑尺寸效应,给出了板式连接节点对支撑面外转动刚度和支撑计算长度系数的建议取值公式,可以用于支撑的稳定承载力计算。

两边连接竖放波折钢板墙内嵌墙板抗侧性能及优化设计

该文基于有限元数值方法,对仅与框架梁相连的竖放波折钢板剪力墙中内嵌墙板的抗侧性能进行研究,并提出优化设计方法。通过与试验结果的对比,验证了有限元模型及分析方法的可靠性,接着在单向推覆下揭示了波折墙板的“强墙板”和“弱墙板”两种典型抗侧机理,研究了波折墙板参数对其单向推覆抗侧性能的影响。随着宽度的增加,波折墙板的低效抗剪区占比减小,抗侧效率提高;墙板波折角度和厚度的增大,能改善屈曲后承载性能;在其他参数确定的情况下,给出了最优波长的计算式。针对侧边存在低效抗剪区的问题,在墙板两自由边设置加劲构件,并给出起充分加劲作用的界限约束刚度比。加劲构件的引入显著提升了墙板的极限承载力和屈曲后承载性能,对于小宽高比的情况尤为有效。接着,对墙板进行滞回分析发现,由于往复加载下面外累积残余变形的影响,“弱墙板”的骨架曲线相比单向加载时明显下降;而“强墙板”面外变形始终较小,抗侧承载性能稳定。基于滞回分析的大量变参数算例结果,提出了两边连接竖放波折墙板的优化选型建议,为初步设计提供了重要参考。

火灾下钢板剪力墙屈曲后的塑性极限分析

基于塑性极限分析理论,采用最小势能原理,提出了火灾下高温钢板剪力墙屈曲后的拉力带模型TSM(Temperature String Modal),依据此假定推导了考虑变温场极限状态下钢板剪力墙屈曲后的水平承载力计算完全解,对火灾温度场下钢板剪力墙屈曲后强度进行了研究。利用上述方法对石化炉体装备的钢箱体结构进行了抗火极限分析和结构防火保护的优化设计。实例与数值模拟结果的对比表明该方法简单有效,可以为钢箱体结构抗火设计提供理论依据和实用的计算方法。

火灾下复杂拉力场钢板剪力墙屈曲后的上限塑性极限分析

基于塑性极限分析上限法理论,提出了火灾下高温复杂拉力场的窄型钢板剪力墙屈曲后的拉力带模型TSM(Temperature String Model),依据此假定推导了考虑变温场极限状态下窄型钢板剪力墙屈曲后的水平承载力计算上限解公式,对火灾温度场下窄型钢板剪力墙屈曲后强度进行了研究,还推导了火灾下复杂拉力场的两端不同温度场钢板剪力墙屈曲后的水平承载力计算上限解。利用上述方法对石化裂解炉的钢箱体结构进行了抗火极限分析。计算实例表明该方法简单有效,可以为不同火灾场景下钢箱体结构抗火设计提供理论依据和实用的计算方法。

波折钢板剪力墙滞回性能与内嵌墙板优化选型

相比普通平钢板墙,梯形波折钢板剪力墙在合理设计下具有更优越的滞回性能,其中内嵌波折墙板的优化选型是抗侧力体系的设计关键。为此,通过低周往复加载试验研究了梯形波折钢板剪力墙的抗侧受力变形过程及破坏形态,并验证了有限元方法的可行性。为了得到典型波折墙板的抗侧机制影响因素,研究了墙板屈服点、高(宽)厚比、波长、波形及波折角度等对内嵌墙板滞回性能的影响,在数值算例基础上,提出了墙板的滞回优化选型表及设计建议。试验研究发现,梯形波折钢板墙试件在内嵌墙板屈曲后其水平荷载仍可继续增加,具有良好延性变形能力。数值分析结果表明:当波折墙板的几何尺寸设计不当时,表现出不稳定的屈曲后承载能力、较差的延性和耗能能力,应在初步选型设计中予以避免;由于往复加载下的累积面外残余变形,波折墙板在往复加载下的承载力和延性显著低于单向推覆下的;降低钢材屈服点,选用最优波长和临界波形比,合适的波折方向以及增加波折角度,能够有效提高往复加载下的抗侧承载能力。提出了滞回性能优化选型建议,能够实现波折墙板面内剪切屈服的抗侧机制,使内嵌波折墙板达到良好的抗侧承载力、延性和耗能能力。