Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁整体稳定性能与设计方法研究

为研究Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的整体稳定性能以及完善规范中关于此类构件的设计方法,进行了6根集中荷载作用下Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的整体稳定性能试验,测量了试件的初始几何缺陷和截面残余应力。试验结果表明:当单伸臂梁整体失稳的控制梁段位于简支跨时,单伸臂梁的整体稳定承载力随伸臂长度比的增大而减小,截面高宽比较伸臂长度比对单伸臂梁整体稳定承载力的影响更大。在试验基础上,运用有限元程序创建考虑初始几何缺陷和残余应力的有限元模型对试验进行模拟,模拟结果与试验结果吻合良好;基于试验验证的有限元模型,分析荷载形式、荷载比例、简支跨长度、伸臂跨长度和截面高宽比等因素对Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁整体稳定承载力的影响规律。基于特征值屈曲分析结果,回归出单伸臂梁的弹性屈曲临界弯矩计算公式,并通过对试验结果和有限元参数分析结果的回归提出了Q460高强钢焊接工字形截面单伸臂梁的极限弯矩计算公式。

Y型钢管柱整体稳定性能有限元分析

为研究Y型钢管柱失效模式,完善结构安全评价和设计优化的理论依据。基于压杆稳定理论建立考虑初始缺陷和几何-材料双重非线性的Y型钢管柱结构稳定计算模型,进而分析了管径、径厚比、分支夹角、支干外径比等参数对结构稳定性能和失效机理的影响。研究结果表明:材料非线性对Y型柱结构稳定性能影响较大;Y型柱结构失效机理分为:分支先破坏、支干同时破坏和主干先破坏3种模式;支干同时破坏时,结构材料利用率最高;随分支夹角及支干外径比变化,结构单位质量承载力变化曲线均存在峰值,且两者存在一一对应关系;管径对不同高度的Y型钢管柱结构稳定性能影响较大,均存在临界管径,即为Y型钢管柱高度的4.5%;给出了Y型钢管柱最优布置的计算简图和最优结构形式的确定方法。

Q460高强钢焊接工字形截面双跨连续梁整体稳定性能与设计方法研究

为了研究Q460高强钢焊接工字形截面双跨连续梁的整体稳定性能以及完善规范中关于此类构件的设计方法,采用ANSYS有限元程序建立考虑残余应力的有限元模型,根据已有普通强度Q345钢双跨连续梁的试验数据验证有限元模型的正确性。利用经试验验证的有限元模型,分析残余应力分布模式、跨度比、钢材强度、截面高宽比以及加载比例等因素对连续梁整体稳定性能的影响。基于有限元分析结果,回归出双跨连续梁弹性临界弯矩计算公式,将该公式计算结果代入《高强钢结构设计标准》(JGJ/T 483-2020)中受弯构件整体稳定系数计算公式求得整体稳定系数,并与有限元分析计算得到的整体稳定系数进行对比,比较结果表明二者相差不大且规范计算结果偏于安全,回归得到的双跨连续梁弹性临界弯矩计算公式带入规范公式计算整体稳定系数的方法适用于Q460高强钢双跨连续梁的整体稳定设计。

竹皮轴压箱形构件整体稳定性能试验研究

基于114个竹皮箱形截面柱进行了轴心受压试验,研究了0.35 mm与0.5 mm两种厚度规格竹皮制作的等边箱形截面柱在不同宽厚比下的整体稳定性能。基于试验结果,分析了竹皮箱形截面柱的失稳破坏形态和整体稳定系数。试验结果表明,箱形截面构件在受荷时同时存在局部失稳与整体弯曲失稳,其中,长细比小于临界长细比的构件在受压时以局部失稳为主,长细比大于临界长细比的构件以整体失稳为主。通过对试验数据分析拟合,计算了两种规格竹皮各3种宽厚比箱形截面构件的临界长细比值,提出了竹皮轴压箱形构件柱子曲线与承载力设计方法,为学生在结构设计竞赛中进行构件截面设计提供科学的理论依据和计算公式。

大跨结构箱形曲梁的平面内整体稳定性能分析

为研究两端铰接圆弧轴线箱形截面曲梁的平面内整体稳定性能,采用数值方法对其进行了理论研究,采用ABAQUS有限元软件建立了二维的曲梁模型,模拟曲梁的平面内稳定问题。研究了不同圆心角、不同长细比,以及不同大小的初始几何缺陷对圆弧轴线箱形截面曲梁平面内稳定性能的影响,得到了弹性屈曲系数的数值解与经典理论解的差异和规律,给出了初始几何缺陷对稳定系数和正则化长细比关系曲线的影响,并且计算得到了该形式曲梁的轴力-弯矩关系曲线。提出的圆弧轴线箱形截面曲梁平面内稳定的设计公式可为今后的设计提供理论依据和建议。

预应力撑杆柱整体稳定性能的数值分析

在正确定义单元类型、实常数和边界条件等基础上,采用有限元分析软件ANSYS建立预应力撑杆柱的有限元模型,对单横隔预应力撑杆柱在平面内的对称和反对称的2种屈曲模态进行数值分析。采用有限元软件ANSYS对预应力撑杆柱和无预应力柱进行弹性屈曲分析并与已有文献的分析结果进行对比以验证有限元模型的正确性;对预应力撑杆柱进行扩展参数分析,分析预应力撑杆柱的横撑杆长度h、预应力T及横撑杆直径D_s等主要影响参数对其弹性屈曲荷载的影响。研究表明:当预应力撑杆柱发生对称屈曲时,其弹性屈曲荷载N_(cr)随着横撑杆长度h的增大而增大,与横撑杆直径D_s无关;当预应力撑杆柱发生反对称屈曲时,其弹性屈曲荷载N_(cr)随着横撑杆直径D_s的增大而增大,而横撑杆长度h对其影响较小;预应力撑杆柱的2种屈曲模态的弹性屈曲荷载N_(cr)随着预应力T的增大而增大,当预应力T超过某个临界最优值T_(opt)时,弹性屈曲荷载N_(cr)随着预应力T的增大而减小。

箱形预应力撑杆钢柱整体稳定性能研究

预应力撑杆钢柱具有稳定性能好、承载能力高等优点.采用有限元软件ABAQUS对中心柱截面为箱形的预应力撑杆钢柱进行了数值分析,并通过理论公式验证了数值分析的准确性.在此基础上进行线性和非线性屈曲分析,考察撑杆长度、撑杆截面尺寸以及初始缺陷大小等因素对这类结构构件整体稳定性能的影响.分析表明:当屈曲模态为对称屈曲时,增加撑杆长度可以有效提升箱形预应力撑杆钢柱的承载能力;同样地,撑杆截面尺寸对这类结构构件承载能力的影响也与其屈曲模态相关.

三角形截面空间格构斜腿刚架平面内整体稳定性能研究

从结构的几何非线性分析着手 ,研究截面为三角形的空间格构式斜腿刚架的平面内整体稳定。通过正交设计的方法 ,对常见尺寸范围的格构式斜腿刚架进行了荷载位移全过程分析 ,得到对承载力及计算长度系数影响最为显著的因素 ,并以此为依据通过大量的参数分析给出了便于工程实际应用的斜腿刚架柱的计算长度系数的表格。

等截面斜腿刚架平面内整体稳定性能研究

用ANSYS有限元程序,考虑几何非线性,对等截面斜腿刚架进行了大量的荷载-位移全过程分析。分析中考虑了柱倾斜角度、柱高度与跨度比和梁的起拱坡度等参数,以及梁上均布荷载和集中力两种加载形式,最后给出了斜腿刚架的各种失稳模式和相应刚架柱的计算长度系数,供设计时参考。二阶弹塑性算例分析表明,在利用有效长度法进行斜腿刚架平面内整体稳定性验算时,除刚架柱外,还要验算梁的稳定性。

钢框架梁整体稳定性能分析

就工程中常用的受弯构件———梁在框架中和平台中不同受力工况下整体稳定问题采用能量法进行了分析 ,并对《钢结构设计规范》(GB 5 0 0 17- 2 0 0 3)中相应条文进行了分析。

装配式临时架体的整体稳定性能研究

以9组试验方案为基础,探究装配式临时架体整体稳定性能的影响因素,并确定由于初始缺陷和安装误差等偏心引起的水平荷载系数,证明规范规定限值的安全性,以便更有效地指导设计和施工。通过对不同工况下的模型进行线性屈曲分析和非线性屈曲分析,得出考虑几何非线性下的非线性屈曲方法更符合工程实际。

高强钢焊接工字形截面梁整体稳定性能分析

为了研究不同残余应力分布模式和钢材强度等级对焊接工字形截面梁整体稳定性能的影响,采用ANSYS有限元软件建立了有限元模型,通过与相似试验的对比,证明了有限元模型的正确性。在此基础上对屈服强度为235 MPa,345 MPa和460 MPa的钢梁分别进行考虑残余应力和不考虑残余应力的有限元分析,结果表明,残余应力会使钢梁整体稳定性能降低;钢梁整体稳定承载力会随着钢材强度的提高而提高。

斜腿刚架平面内整体稳定性能研究

利用ANSYS有限元程序,考虑几何非线性,对梁柱不等截面的斜腿刚架在梁上作用均布荷载的情况下,进行了大量的荷载—位移全过程分析。分析中选取了七种H形截面,考虑了刚架高度与刚架跨度的比值、刚架柱倾斜角度和横梁坡度三个参数。给出了斜腿刚架柱的计算长度系数和刚架相应的失稳模式。

焊接工字形截面钢梁整体稳定性能研究

为研究不同强度等级的钢材对焊接工字形截面简支梁整体稳定性的影响,依据现有Q235、Q345和Q460三种级别钢材强度的简支梁试验数据,验证采用ANSYS有限元程序所建立的简支梁有限元分析模型是准确可行的。根据验证的有限元模型对屈服强度为235、345MPa和460MPa的钢梁进行整体稳定性能的有限元分析。结果表明钢梁的整体稳定承载力会随着钢材强度的提高而提高,但增高幅度随着钢材强度的提高而逐渐减小。

热轧不锈钢圆管柱轴心受压构件整体稳定性能试验研究

为研究不锈钢圆管柱轴心受压构件的整体稳定承载性能,对9根奥氏体型和10根双相型热轧不锈钢圆管柱进行了整体稳定轴心受压试验。根据试验前测量得到的试件的几何初弯曲和试验过程中得到的荷载初偏心,分析了不锈钢构件的失稳模态和整体稳定性能承载能力。将试件的试验结果与现行《欧洲不锈钢结构规范》和CECS410∶2015《不锈钢结构技术规程》的计算结果进行了对比,结果表明:两本规范对奥氏体型和双相型不锈钢稳定承载力计算结果较试验结果均偏于保守,且双相型不锈钢构件的保守度更加显著。

青岛体育中心游泳跳水馆网架整体稳定性能研究

青岛体育中心游泳跳水馆的屋面采用复杂大跨、多曲面异形钢屋盖。因为结构的整体稳定性能是该结构设计选型的重要因素,所以本文采用ANSYS有限元分析软件对结构进行整体稳定性分析,通过分析多种荷载工况下的特征值,了解结构在各种复杂荷载下的稳定性能。结果表明采用橡胶支座能有效降低温度对结构稳定性的影响;并在考虑几何非线性和材料非线性的情况下对结构进行非线性全过程分析,重点研究风荷载和初始缺陷对结构极限承载力的影响。研究表明非线性全过程分析对结构稳定分析更有实际意义。

正线侧立柱铁路客站雨棚结构整体稳定性能研究

近年来,国内外列车脱轨的事故时有发生,正线侧立柱的铁路客站雨棚的安全问题已引起铁路客站建设、设计工作者的关注。结合重点课题《铁路客站整体稳定性安全评价与研究报告》,对加强新建铁路客站雨棚结构的整体稳定性能与改善既有铁路客站雨棚结构的整体稳定性能,合理确定雨棚的结构体系及其抗连续倒塌的措施等进行了研究,为铁路客站雨棚建设、设计与相关设计规范修订等工作,提供必要的借鉴。

波纹腹板多钢种混用悬臂梁整体稳定性能研究

提出一种波纹腹板多钢种混用悬臂梁,采用ABAQUS建立其有限元模型,分别研究翼缘屈服强度、翼缘宽度、翼缘厚度及初始缺陷对梁整体稳定性的影响。结果表明:随着翼缘屈服强度、宽度、厚度逐步增大,初始缺陷逐步减小,梁的整体稳定承载力均逐渐提高。在此基础上提出了波纹腹板多钢种混用悬臂梁整体稳定承载力的建议计算方法,采用两种修正几何参数的方法并与有限元结果对比,推荐使用修正抗扭惯性矩I t的等效厚度法。

Q690高强钢冷成型方钢管柱轴心受压整体稳定性能试验研究

建筑业去碳化的策略之一是提高工程设计效率以降低对建材用量的需求。近年来,得益于高强钢生产技术的进步,使得这一构想成为可能。高强钢在结构工程中的有效使用可以减少构件尺寸和用钢量以及随后的制造、运输和施工成本,这些将有助于节约资源和减少碳排放。与普通钢Q355相比,虽然Q690高强钢的屈强比高、断后伸长率低,但是其具有优异的比强度。Q690高强钢的这些特性会对结构性能产生较大影响。因此,量化这些特性对结构性能的影响,对于确认其在建筑结构中的适用性非常重要。目前主要的钢结构设计规范中的轴压构件整体稳定承载力计算方法主要是参照普通碳钢Q235和Q355的研究数据而开发的,对于Q690高强钢是否适用,还须进一步验证。因此非常有必要检查这些设计方法对于采用各种制造工艺制造的Q690高强钢轴心受压构件的适用性。为研究Q690高强钢冷成型方钢管柱轴心受压的整体稳定性能,共设计8个试件,包括4种截面尺寸和8种长细比,6 mm和10 mm两种板厚,并通过轴心受压试验对其整体稳定性能进行了研究。试验前对试件的几何初弯曲和荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。残余应力测量结果显示冷成型方形截面焊缝处的内外表面均存在较大的残余拉伸应变,在截面转角区的外表面和内表面分别存在显著的残余拉伸和压缩应变。轴心受压下所有试件失稳模式均为整体弯曲失稳。将试验结果同中国设计规范GB 50017—2017《钢结构设计标准》和欧洲规范Eurocode 3计算结果进行了对比。结果表明:根据中国规范和欧洲规范建议的设计曲线计算结果均偏于保守,且中国规范建议设计曲线相比欧洲规范更为保守。根据试验结果和设计规范中各柱设计曲线的对比结果,建议采用中国规范和欧洲规范中的a类柱子曲线设计此类Q690高强钢冷成型方钢管柱。

基于机器学习的高强钢焊接等截面箱型柱整体稳定性预测方法

目前,针对高强钢构件整体稳定性的研究多采用有限元建模或实验室试验方法,而基于机器学习的预测方法能够显著提升预测的准确性和便捷性。为了准确预测高强钢焊接等截面箱型柱的整体稳定性,提出使用纤维模型构建数据库并利用机器学习建立预测模型的方法。首先确定模型的输入输出参数,并通过纤维模型方法建立数据库;接着,选用常见的3种不同类型的机器学习模型和现有规范中的经验模型进行预测,并依据评价指标进行性能对比;最后,根据可解释算法分析机器学习模型的合理性。结果表明:大部分机器学习模型预测结果与试验结果吻合度略高于现有规范中的经验模型,其中,高斯过程回归模型对高强钢构件整体稳定性的预测表现最优;机器学习预测模型中各类参数对构件整体稳定性的影响趋势符合预期,验证了机器学习模型的合理性和可靠性;构件的正则化长细比对预测结果影响最大,而构件初始缺陷的影响相对最小。