钢管混凝土拱面内稳定的时变可靠度分析

为研究不确定性对钢管混凝土拱面内徐变稳定承载力的影响,建立了其时变的极限状态函数,并将时间离散-综合法和一次可靠度法相结合,得到了钢管混凝土拱面内稳定可靠指标随时间的变化曲线,以及相应的灵敏度指标。计算结果表明:混凝土徐变引起的钢管混凝土拱面内稳定承载力的退化使得其可靠性显著降低;不同随机变量的灵敏度差异明显,其中钢管外径的影响最大,然后依次是钢的弹性模量、混凝土的弹性模量、钢管壁厚以及混凝土徐变系数;徐变对钢管混凝土拱面内稳定的影响较大,设计时应予以考虑。

拱的面内稳定分析

工程上常见的拱是抛物线拱,其在全跨均布荷载作用下,拱的任意截面上只会承受压力作用。由于该压力以及拱的曲率半径均随拱轴线而变化,故其屈曲平衡微分方程是变系数的,通常只能通过数值积分来求解,比较麻烦。拟采用渐近法求解抛物线拱的面内屈曲问题,提出实用计算方法,对拱的面内稳定分析提供参考依据。

自锚式悬索桥主梁面内稳定实用简化计算方法的提出

自锚式悬索桥是一种将主缆直接锚固于加劲梁两端,由主梁直接承受主缆中水平分力的悬索桥。自锚式悬索桥的主梁在外荷作用下,处于压、弯状态,随着外荷载增大,主梁的压力增大到一定值时,可能产生平面内的压、弯失稳,因此,自锚式悬索桥主梁的稳定计算是一个十分重要的问题。主要在弹性支承连续梁临界轴力求解方法的基础上,提出自锚式悬索桥主梁临界轴力的实用简化计算方法。

钢管混凝土拱肋面内稳定的计算方法

采用ANSYS分别对不同矢跨比的圆弧、抛物线、悬链线形钢管混凝土单圆管拱肋进行双重非线性有限元分析,得到其面内稳定承载力。将有限元结果与现行的4本钢管混凝土设计规范的计算结果进行了对比。研究表明,在计算轴力水平较大的荷载工况和弯矩水平较大的荷载工况时,宜采用不同的规范计算,以确保结构在对材料充分利用的基础上,有一定的强度储备。

单圆管钢管混凝土拱桥面内稳定参数分析

针对单圆管钢管混凝土拱桥进行面内稳定分析,确定了影响面内稳定的主要参数为面内等效长细比、矢跨比、纵梁刚度。综合考虑各主要影响因素之间的关系,对单圆管拱桥进行面内弹性稳定和极限承载能力分析,得到了面内弹性稳定系数和极限承载能力系数以及两者的比值。据弹性稳定系数和极限承载能力系数之间的比值,拟合出两者之间的关系式。

不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴面内稳定性能研究

为研究S30408(EN1.4301)不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴的面内稳定性能,对18个中长柱进行偏心加载试验,分析其绕弱轴的失稳破坏模态和面内稳定承载力。试验前测量试件初始几何缺陷、荷载初偏心及截面残余应力分布。采用有限元软件ABAQUS建立不锈钢热轧槽钢压弯构件有限元模型,经与试验结果对比验证后开展参数分析,研究了初始几何缺陷及纵向残余应力对不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴面内稳定性能的影响。基于试验及有限元分析结果对现行规范CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》(简称规范)设计方法进行评估,并提出了改进设计建议。研究结果表明:中长柱的破坏模态均为绕弱轴整体弯曲失稳;按照规范计算得到的不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴面内稳定承载力较试验值总体偏于保守,对于试验及有限元分析结果与规范公式计算结果比值,正偏心工况下为1.31,负偏心工况下(弯矩作用使槽钢翼缘肢尖受拉)为1.21且部分试件偏于不安全;改进的设计方法能较合理地预测不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴的面内稳定承载力,对于试验及有限元结果与改进设计方法计算结果比值,正偏心工况下为1.07,负偏心工况下为1.05。

四边形截面圆弧空间钢管桁架拱平面内稳定性及试验研究

通过大挠度弹塑性有限元分析研究桁架拱在集中荷载、水平均布荷载、轴线均布荷载等不同荷载形式下的失稳与破坏机理,考察截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角、腹杆尺寸等几何参数对桁架拱稳定承载力的影响,结果表明在不同参数条件下,桁架拱可能发生弦杆局部失稳、腹杆局部失稳、整体失稳以及局部与整体相关失稳等破坏形式;与拱的整体失稳和弦杆局部失稳相比,腹杆失稳会导致承载力的大幅下降,设计中应保证腹杆不先发生破坏。在理论分析的基础上,设计4榀矩形及梯形截面空间桁架拱模型进行了平面内稳定性能试验研究,分析表明两种截面形式的桁架拱在平面内具有基本相同的刚度和承载能力,其承载力设计可以采用相同公式。最后,基于静水压力作用下桁架拱的面内稳定设计曲线,通过大量的算例分析,提出轴力和弯矩共同作用下四边形截面圆弧形空间钢管桁架拱的整体面内稳定承载力设计方法。

钢压弯构件面内等效弯矩系数取值的改进(下)——端部有侧移的构件

本文继上篇之后论述端部有侧移的压弯构件的面内等效弯矩系数。首先推导弹性悬臂构件等效弯矩系数的理论计算公式,包括自由端承载和杆内荷载的不同工况,并在此基础上推出近似计算公式。其次,用有限元方法计算悬臂压弯构件的弹塑性稳定承载力,并以此为基础对弹性分析的结果进行校验。校验表明弹性等效转换得到的公式可以可靠地应用。同时,还论证了公式可以应用于端部有转动约束的框架柱。最后讨论框架内力采用二阶分析时的柱的βm系数,指出《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)的规定有所误解。

钢压弯构件面内等效弯矩系数取值的改进(上)——两端支承的构件

首先阐述两端简支的弹性压弯构件面内等效弯矩系数的理论侧面及公式的简化。考虑了3种不同的加载工况。对于兼承横向荷载和端弯矩的工况,提出应用叠加原理的方法,可以得到简单而精度较好的解。其次,用现有面内稳定极限承载力资料校验建议的计算公式,3种工况都得到满意的结果。最后论证,把简支构件βm系数计算公式中的欧拉临界力改为端部约束杆的临界力,即可推广到构件端部有约束的情况。

自锚式悬索桥主梁稳定简化计算分析

简化公式便于快速概算结构关键受力性能。本文从弹性支承连续梁的面内稳定计算原理出发，提取单根吊索及与其相邻的两主缆段所构成的斜面进行研究，推导了适用于平面索系或具有空间索缆且吊索沿纵向竖直的自锚式悬索桥主梁面内失稳简化计算公式。并以具有空间缆索的江东大桥为例，运用既得的简化公式及有限元软件两种方法对其主跨加劲梁的失稳进行计算。通过对比两者的计算结果，证明所得简化公式的可用性。

连续刚构桥组合式桥墩合理分界点研究

以高墩稳定性能分析为目标,基于结构弹性屈曲稳定理论中的常用方法能量法,推导了组合式桥墩面外与面内稳定系数的计算公式;以默戎高架桥为依托工程,在稳定性理论基础上分析该桥的分界点位置,分别求得其面内稳定系数和面外稳定系数并使其相等,即可得到119.2 m的8~#墩合理分界点位置为L_1=72.712 m,L_2=46.488 m,此时L_1=0.61 L,并求得此时面外面内稳定系数均为22.13。

改进的双拱结构体系在淮安体育中心体育场罩棚中的应用

从拱结构的基本力学原理出发,结合工程实践中体育场罩棚在建筑功能上的需求,提出了一种新型的由双拱支承的罩棚钢结构体系。在该结构体系中,罩棚上方的实腹式单根钢管拱和罩棚下方的空间三角形立体桁架式空腹钢管拱组成了主要的竖向承重体系,而曲面罩棚则支承于上下拱间,并为其提供侧向支撑。为了充分发挥双拱在力学性能方面的各自优势,在设计时应根据罩棚荷载的分布情况,通过找形和找力计算取得合理的拱轴位置。分析表明,合理的单拱拱轴形状能大大提高其自身的承载能力。通过单拱与空腹钢管拱的互补性组合,再加上缆风拉索等侧向稳定系统对上拱的面外约束,使整个罩棚结构形成了具有良好力学性能和经济性的结构体系。结合该体系在淮安体育中心体育场大跨度罩棚结构中的工程应用,系统地阐述了双拱结构体系的静力特征、动力特性和设计方法。实践表明,该结构体系具有良好的承载能力和经济性,能够高效合理地跨越很大的跨度。