大跨连续刚构桥桥墩计算长度系数的取值研究

桥墩计算长度系数是影响桥梁结构安全与经济性指标的一个控制性因素,国内外规范关于受压杆件计算长度系数的取值相近,且都仅是针对理想边界条件的情况,在实际应用中有必要根据具体的结构形式作适当调整。为得到更接近结构实际情况的数值,该文从结构整体稳定分析入手,分析不同因素对连续刚构桥成桥及最大双悬臂阶段计算长度系数的影响规律,主要包括不同桥墩类型、墩身高度、桩基柔度、邻跨边界、单墩失稳或者整体失稳等。结果表明:不同桥墩类型顺、横向的计算长度系数不能简单地采用某一固定值,随墩高的变化也不是简单的线性关系;考虑桩基柔度影响后的结果会增大20%左右,且横桥向比顺桥向的影响更加显著;考虑交接墩影响后计算长度系数的取值更大;需要考虑各墩同时受轴向荷载作用下的整体屈曲反应;连续刚构施工阶段最大双悬臂工况下顺桥向计算长度系数分布范围为1.20~1.35。

基于分叉传递矩阵法的多跨连续刚构桥桥墩有效长度系数

桥墩的有效长度系数对桥墩的稳定性和强度十分重要。为解决桥墩的稳定性问题,本文建立了一种便于采用传递矩阵法求解的新颖力学模型,并基于该方法计算了多跨连续刚构桥的有效长度系数。首先,建立n跨刚构桥的一般力学模型,并利用传递矩阵法推导了其在考虑自重荷载情况下的平面内稳定特征方程,进而求得弹性屈曲载荷和有效长度系数,并将其与有限元法得到的结果进行对比,从而验证所提理论和方法的正确性。其次,研究了用碳纤维增强聚合物和超高性能混凝土加固桥墩时,桥墩有效长度系数的变化规律。最后,探讨了边跨与中跨之比、桥面梁刚度以及桥墩刚度对桥墩有效长度系数的影响。结果表明,增强整体结构刚度比增强局部刚度对提高稳定性更有效,桥梁边跨和中跨跨度对有效长度系数的影响较大。同时,还观察到碳纤维增强聚合物加固高度改变时,桥墩有效长度系数变化曲线产生了独特的双峰效应。

梁式桥桥墩计算长度系数研究

桥墩计算长度系数是影响桥墩设计的一个重要参数,值的取值过小会造成结构设计不安全,取值过大会造成设计不经济。本文考虑相邻桥墩抗推刚度与支座水平刚度对墩顶弹性约束的影响,从理论分析角度提出了桥墩计算长度系数的求解方法,并结合有限元模型,利用欧拉公式中的临界荷载与桥墩计算长度系数的关系,对比分析理论解与有限元模型计算的差异。此外本文还探讨了墩高、墩径及桥跨布置形式对梁式桥桥墩计算长度系数的影响和变化规律,为相似桥墩计算长度系数的取值及桥墩设计提供了依据。

框架-剪力墙双重抗侧力体系柱计算长度系数研究

针对框架-剪力墙双重抗侧力体系,通过刚度特征值综合反映框架与剪力墙的侧向刚度,考察其对框架剪力分担率与屈曲荷载的影响。建立了高度为48 m、72 m、96 m和120 m四个计算模型,分别采用有限元法和简化方法计算结构的屈曲荷载与框架柱的计算长度系数。刚度特征值可以综合反映框架与剪力墙相对刚度以及结构高度的影响,特征刚度值越大,框架分担的剪力也随之增大。框架屈曲荷载修正系数γ可以用于定量表征框架受到剪力墙侧向支撑作用强弱的程度,γ随着结构高度增大迅速减小。当框架-剪力墙高度较大时,其框架部分的屈曲荷载可能低于相应纯框架的屈曲荷载,说明此时框架部分为剪力墙提供了侧向支撑。计算结果表明:对于纯框架,按结构标准层分段加载有限元分析得到柱的计算长度系数在各标准层范围内保持不变,且各标准层之间差异不大;基于同层柱相互支援的修正《钢结构设计标准》法,得到柱的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近,两者误差为−9.5%~14.2%。框架-剪力墙柱的计算长度系数介于无侧移框架与有侧移框架之间;随着结构高度增大,其值与纯框架的计算结果逐渐接近;修正《钢结构设计标准》法得到的计算长度系数与分段加载有限元分析的结果较为接近。由于柱的轴力随楼层高度增大逐渐减小,根据欧拉公式计算得到柱的计算长度系数不断增大,说明逐层加载有限元模型在确定柱计算长度系数方面存在局限性。该文方法可供框架-剪力墙双重抗侧力体系确定框架柱计算长度系数时参考。

基于单位荷载法的钢管混凝土组合异形柱计算长度系数研究与验证

为解决钢管混凝土组合异形柱在进行构件稳定验算时计算长度系数不明确的问题,利用有限元软件Midas/Gen,采用单位荷载法在钢管混凝土组合异形柱框架-支撑结构整体模型下进行特征值屈曲分析,并通过欧拉公式反算得到钢管混凝土组合异形柱的计算长度系数.研究了网格划分、楼板、短梁对单肢柱计算长度系数分析结果的影响,结果表明各层异形柱沿其高度方向划分为10段、连接板宜沿其宽度方向划分为2段,同时去掉模型中的楼板、短梁可提高结果的安全度和软件分析速度.在上述分析结果基础上,建立了考虑组合异形柱网格划分、去掉模型中的楼板、短梁的整体结构模型,分析了不同异形柱平面位置、所在楼层、梁截面尺寸和楼层总数等因素影响下的单肢柱计算长度系数,结果表明:单肢柱计算长度系数随着所在楼层的上升呈现增大趋势,8~20层单肢柱计算长度系数随梁截面的增大而减小,大部分楼层的单肢柱计算长度系数随楼层总数减少而增大.根据所得数据,基于安全性和计算简便的考虑,给出了各层钢管混凝土组合异形柱中单肢柱计算长度系数建议值.基于计算长度系数的建议取值,分析得到整体模型中各单肢柱的应力比,并与直接分析设计法得到的应力比进行了对比,结果表明两种方法得到的应力比相差不大,验证了本文提出的计算长度系数建议值的可行性.

温度效应和混凝土收缩对单阶柱计算长度系数的影响分析

对于大体积混凝土结构而言,其计算长度系数受温度效应和混凝土收缩两者的影响很大,在分析计算长度系数时,不能忽略这两种因素的影响。基于此,文中先引入了考虑温度侧向变形Δ和混凝土收缩变形ε_(y)^(0)的独立柱屈曲方程,然后在此基础上,推导出了单阶柱在同时在两者影响下的屈曲方程,最后系统地分析了对计算长度系数μ_(2)的影响。结果表明,当同时考虑温度效应和混凝土收缩时,单阶柱的计算长度系数会增大,且临界力参数η_(1)和线刚度比K_(1)越大或温度侧向变形与混凝土收缩变形之和Δ+ε_(y)^(0)h越大,计算长度系数的差异就越明显。

短型长度系数对耗能梁抗震性能的影响试验及有限元研究

与传统框架结构体系相比,带可更换构件的框架结构体系能够实现震后建筑结构功能快速恢复,减少地震作用对建筑结构正常生活和生产的影响。为研究可更换耗能梁的抗震性能,共设计并制作4个试验试件,对其进行低周反复加载,研究其破坏特征、滞回性能、骨架曲线。利用ABAQUS软件建立了可更换耗能梁精细化有限元分析模型,研究短型长度系数对可更换耗能梁抗震性能的影响规律,分析建模方法的可靠性。该研究提出了剪切型可更换耗能梁抗剪承载力的计算公式,可供工程设计参考使用。研究表明:试验中可更换耗能梁发生剪切屈服型与弯剪屈服型两类破坏模式,破坏特征包括腹板-加劲肋焊缝撕裂、翼缘屈曲和端板焊缝撕裂;试件具有良好的承载力与变形能力,能够实现震后可更换;有限元分析与试验结果吻合良好,建模方法可行。随着试件长度系数的增加,耗能梁的承载力、变形、耗能能力等均减弱,试件翼缘抗剪贡献可达梁段抗剪承载力的10%以上。与Popov等的建议值1.6相比,当耗能梁的长度系数接近1.4时,试件破坏模式由剪切型破坏向弯剪型破坏模式转变。

模块化装配式钢框架柱的计算长度系数研究

模块化建筑因装配化程度高、回收利用率高、环境干扰少等显著优点已成为当前建筑工业的研究热点。与传统钢框架节点不同,模块结构节点由十六梁、上下八柱组成,节点汇交杆件多,梁对柱的约束作用较强。为研究模块结构中双层梁对柱的约束作用,利用ABAQUS建立模块结构有限元计算模型进行分析。计算结果表明:模块柱在双层梁约束作用下,计算长度系数平均值与单层梁相比减小约4.1%,临界荷载提高约8.4%,双层梁对柱的约束作用与单层梁相比有所增强,模块柱稳定分析时应考虑双层梁的约束贡献;提出引入约束作用系数γ_(0)以考虑双层梁对模块柱实际工况的约束贡献,且可以简化计算;约束作用系数取0.95,修正后的模块柱计算长度系数公式与有限元结果基本吻合,可与实际工况取得较好一致性,建议采用修正公式计算模块柱计算长度系数。

户内变电站非正交框架梁不规则柱有效长度系数设计方法

上海地区110~220 kV电压等级的户内变电站,由于布置大型设备等工艺需要,往往存在框架梁非正交等特点,不规则框架柱屈曲性能和有效长度系数设计方法亟须研究。通过数值模拟研究了框架梁空间夹角对无侧移框架和有侧移框架中不规则柱屈曲荷载和有效长度系数的影响,并提出了有效长度系数的建议计算公式。基于建议计算公式得到的不规则框架柱有效长度系数可以准确地反映框架梁空间夹角的影响。

四肢楔形格构式轴心受压构件的计算长度系数

对于四肢楔形变截面格构式构件,利用Ritz法推导弹性屈曲载荷和计算长度系数公式,与Abaqus软件模拟结果进行对比,探讨构件中间部分等截面长度、两端变截面长度等参数影响。结果表明,推导公式具有良好的精度,结果偏于安全,可为变截面受力构件的工程设计提供参考。

某高层钢管混凝土柱计算长度系数分析

随着钢结构的快速发展,钢管混凝土结构在高层中的设计中越来越常见。而建筑为了获取更大的使用空间,通常要求结构柱做得宽扁。为此结构需要采用合理的计算长度系数,才能保证钢管混凝土柱设计的经济性及安全性。以某高层为例,分析其钢管混凝土柱的计算长度系数,可为类似工程提供设计参考。

桁架结构柱面内计算长度系数取值的分析——以57.7m跨度桁架为例

在对钢桁架结构进行设计分析时,由于PKPM,YJK以及3D3S等设计软件均无法识别桁架的整体刚度,软件采用一阶弹性分析法时自动计算得到钢柱在桁架平面内的计算长度系数偏大,导致计算失真。因此此类结构的钢柱计算长度需要设计师手动计算分析计算。本文分别对采用一阶弹性分析法和二阶弹性分析法情况下钢桁架结构中钢柱的桁架平面内计算长度系数的取值进行分析。

计算长度系数的物理意义及对各种钢框架稳定设计方法的评论

本文将有侧移失稳的框架柱计算长度系数与结构力学的D值法联系 ,论证了柱子计算长度系数计算柱子抗侧刚度系数 ,通过柱子计算长度系数可以较精确地确定整个楼层的抗侧刚度。本文计算表明考虑同层各柱的相互支援对框架柱计算长度系数进行修正后 ,薄弱层柱子的计算长度系数能够得到略偏安全的精度。利用整体分析时各个柱子的计算长度系数存在的关系就可以得到所有其它非薄弱层柱子的计算长度系数 ,且同样略偏安全。通过例子发现框架层与层相互作用的一个重要性质 :层对层的支援 ,对同一层的每个柱子而言 ,获得的好处 (临界力增加 )或贡献出来的刚度 (临界荷载的减小 )具有相同的比例。本文对当前各种框架稳定性计算方法 (传统的线性分析计算长度系数法、线性分析层整体稳定计算法、结构整体稳定计算法和二阶分析法 )

无侧移半刚接钢框架柱考虑剪切变形影响的计算长度系数研究

通过引入梁柱线刚度比修正系数考虑节点连接的非线性,采用变刚度螺旋弹簧模拟节点半刚性,推导了无侧移半刚接钢框架考虑剪切变形影响柱子的计算长度系数计算公式。分析结果表明,当柱子的长细比较小时,在进行半刚接无侧移钢框架稳定分析时,柱子的计算长度系数考虑剪切变形和不考虑剪切变形二者有明显区别。由于钢框架半刚性节点对柱子的约束能力较弱,稳定分析中忽略剪切变形影响对柱子稳定计算将产生一定误差。考虑剪切变形影响与不考虑剪切变形影响两种情况相比较,柱子计算长度系数μ值增大的范围为5.6%―10.2%。因此在对无侧移半刚接钢框架柱子进行稳定分析时,应考虑剪切变形对柱子稳定承载能力的不利影响。

弧形钢闸门主框架柱计算长度系数实用计算方法

通过分析现行弧形钢闸门支臂稳定设计方法的不足,参考修订后的GB 50017—2003《钢结构设计规范》,利用能量法,选择恰当的挠曲函数,提出弧形钢闸门主框架柱计算长度系数的实用计算方法。该方法计算简单方便,物理概念明确,计算结果准确,可方便工程设计。

光伏支架柱平面内有侧移失稳计算长度系数研究

光伏支架是一种典型的不等高单层框架,有侧移失稳的光伏支架柱计算长度系数需考虑多方面因素的影响,无法直接套用现有规范公式.综合考虑了光伏支架短柱和长柱的刚度比γ、短柱和长柱的高度比β以及梁柱线刚度比K1的影响,进行了理论推导,得出了不等高单层框架柱有侧移失稳计算长度系数的计算公式,并制作表格以便工程人员查阅使用.然后以某典型光伏支架实际工程为算例,建立了有限元数值分析模型,并分别进行了线性屈曲分析和考虑几何非线性以及材料非线性的极限承载力分析.分析结果表明,提出的理论公式和计算表格能够精确地计算光伏支架有侧移失稳的极限承载力.

有侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数

利用三层柱的框架模型,考虑了节点的非线性弯矩-转角关系、楼板的组合效应、梁端和柱远端不同边界情况等因素对柱的有效长度系数的影响,推导了有侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数方程式,并分析了GB50017-2003规范附录D求解的精确性,最后用两个实例:门式组合框架和三层两跨组合框架,研究了荷载大小和非线性弯矩-转角关系对柱有效长度系数的影响。研究表明,对于有侧移半刚性连接组合框架柱,当柱远端处于不同边界条件时,用GB50017-2003规范附录D求得的有效长度系数设计柱偏于安全;节点初始刚度对有效长度系数影响较明显。研究结果可供工程设计参考。

考虑层与层相互支援的框架柱计算长度系数

框架稳定计算的传统假定导致梁对柱子的约束在上下柱之间按照柱子的线刚度分配 ,因此强柱反而得到更多的约束 ,与实际情况可能不符。本文放弃了传统计算长度系数法的三个理想化假定 ,提出了考虑层与层相互作用的框架柱计算长度的几乎精确的简单代数方法。对于两层框架 ,通过求解一个一元二次方程得到分配给各柱柱端的转动约束 ;对于三层框架 ,通过求解一个一元三次方程得到各柱柱端的转动约束 ;进而由传统公式计算或从规范附表查得 μ值。对于更多层的情况 ,假设相邻层柱子远端的梁约束在上下柱之间按线刚度分配 ,可以得到很精确的薄弱层柱子计算长度系数 ,其它层柱子的计算长度系数则从各柱子计算长度之间存在的关系得到。由于这个模型引入了相邻层柱子远端的梁约束 ,因此可以考虑远端铰支或固定的情况。

无侧移半刚性连接组合框架的稳定分析:(Ⅰ)柱的有效长度系数方程

本文基于钢结构设计规范GB50017-2003,利用三柱子框架模型,考虑了连接的非线性弯矩-转角关系和楼板组合效应的影响,推导了无侧移半刚性连接组合框架柱的有效长度系数方程式,同时考虑了梁端和柱远端不同约束情况对有效长度系数的影响。另外,分析了GB50017规范附录D表D-1求解的精确性。研究表明,当柱远端刚接时,推导的方程式类似于GB50017规范附录D表D-1给出的无侧移刚接框架柱的有效长度系数计算公式;对于三柱子框架模型,当柱远端铰接时,用GB50017规范附录D表D-1得到的有效长度系数设计柱是不安全的,但最大误差只有11%。

装配式梁桥高墩计算长度系数探讨

随着中国山区高等级公路的发展,为了节约原材料、降低工程造价,装配式桥梁的中、小跨径化已成为趋势,这势必造成高桥墩应用的增多。计算长度系数是影响桥墩设计计算的一个关键参数,笔者从结构稳定入手,并考虑了相邻桥墩及支座对墩顶弹性约束的影响,建立桥墩临界荷载与计算长度系数的关系。分析影响计算长度系数的一些参数,并探讨它的变化规律。