四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的试验研究与理论分析

进行共计20根缀条为K形布置的四肢钢管混凝土格构柱偏压及轴压极限承载力试验,重点考察偏心率与长细比对钢管混凝土偏压构件受力性能的影响。试验结果表明,长细比对试件承载力有一定影响,偏心率对承载力影响明显,两者对承载力的影响接近独立,试件的斜缀条在试验过程中始终保持弹性状态,近载一侧钢管在试件进入非线性阶段后,泊松比明显增大,钢管开始发生套箍作用,远载一侧,套箍作用不明显,除个别短柱外,试件破坏均为整体失稳破坏。同时,采用半波正弦曲线模拟杆件的变形曲线,在考虑紧箍效应的钢管混凝土应力-应变关系和剪切变形影响的基础上,建立杆件中截面的平衡方程,提出钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,该方法不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算;理论分析结果与试验研究结果对比表明,提出的钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力计算方法具有相当高的精度。

钢管混凝土格构柱极限承载力计算方法研究

提出钢管混凝土格构柱有限元分析方法,应用ANSYS通用程序对试件的分析结果与试验结果吻合良好。对钢管混凝土格构柱极限承载力,进行偏心率、长细比和构造参数的影响分析。对国内CECS 28∶90、JCJ 01-89和DL/T 5085-1999 3个钢管混凝土设计规程计算结果与有限元数值计算结果进行比较分析。分析结果表明CECS28∶90规程的偏心率折减系数计算公式较合理。柱肢的钢材种类和混凝土强度对稳定系数的影响较大,通过算例数值分析,提出换算长细比的材料修正系数γ的计算方法。斜缀条交角等构造参数对钢管混凝土格构柱整体承载力的影响均很小,验证了换算长细比的放大系数简化算法的合理性,并对国内3个规程中换算长细比的计算方法提出修正建议。最后,给出四肢钢管混凝土格构柱极限承载力的合理实用的计算方法。

钢管混凝土格构柱偏压承载能力分析的数值方法

采用泰勒级数作为分段插值函数,在考虑多个截面的平衡条件和紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系基础上,提出了钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制了相应的计算程序。与现有的分段合成法相比,该方法考虑了剪力对柱变形的影响,不仅适用于两端偏心相等的偏压构件,而且适用于两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算。利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有两端偏心相同的四肢钢管混凝土格构偏压长柱的试验结果进行了计算,并与现有规程进行了比较,结果表明:现有计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文提出的计算结果与试验结果吻合良好。

双排脚手架整体稳定极限承载力通用计算方法

将双排脚手架简化为格构式轴心受压柱,并在剪切变形中考虑了连接件半刚性连接特点的影响,得到一个通用的双排脚手架整体稳定极限承载力计算方法,最后通过与试验对比验证了方法的可行性。

钢-混凝土组合格构柱的设计方法研究

广州新白云国际机场飞机维修设施工程10号机库采用整体提升施工方案,其提升过程中的主要支承构件是上部为四肢钢格构柱、下部为混凝土柱的组合构件。目前国内外对此类构件整体稳定承载力的研究工作还不多见。通过有限元屈曲分析确定柱子的计算长度系数,较准确地考虑了格构柱的剪切变形、上下段截面及材性不同对失稳性能的影响,进而结合《钢结构设计规范》(GB50017-2003)验算提升组合柱的整体稳定性;另外,应用大挠度弹塑性有限元方法计算提升组合柱的极限稳定承载力,通过荷载-位移曲线来评价其整体刚度、安全储备及简化方法的可靠性。实践证明,钢-混凝土组合柱在施工过程中不会发生整体失稳,确保了整体提升施工方案的顺利实施。

一种钢管混凝土格构柱极限承载力的快速计算方法

采用半波正弦曲线模拟杆件的变形曲线,在考虑紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系和剪切变形影响的基础上,建立了杆件中截面的平衡方程,提出了钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制了相应的计算程序。该方法不仅适用于两端偏心相等的偏压构件及两端偏心不等的偏压构件的弹塑性极限承载力的计算,而且,其收敛速度很快,比分段合成数值法更能适用于工程计算。利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有两端偏心相同的四肢钢管混凝土格构偏压长柱的试验结果进行了计算,并与现有规程及分段合成法进行了比较,结果表明:规程计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文方法的计算结果与试验结果吻合良好。

四肢缀条轴压钢管混凝土格构柱承载能力分段合成法

采用泰勒级数作为分段插值函数,在考虑多个截面的平衡条件和紧箍效应钢管混凝土应力-应变关系、剪切变形及初弯曲影响的基础上,建立杆件截面的平衡方程,提出四肢缀条轴压钢管混凝土格构柱弹塑性极限承载力数值方法,并编制相应的计算程序。利用提出的计算方法和编制的程序对国内已有轴压四肢钢管混凝土格构柱试件进行计算,并与现有一些规程进行比较。同时,结合数值计算结果及长细比折减系数计算模型,提出长细比折减系数计算公式。利用提出的长细比折减系数计算公式对国内已有轴压四肢钢管混凝土格构柱试件进行计算,并与数值计算结果及试验结果进行比较。研究结果表明:该方法适用于轴压长柱和短柱的弹塑性极限承载力的计算。规程计算方法结果偏于保守,计算误差大,本文方法的计算结果与试验结果较吻合;本文提出的长细比折减系数计算公式正确。

压弯柱极限承载力研究

本文应用非线性有限单元法对变截面工形柱平面内弹塑性极限承载力进行了大挠度分析研究。利用牛顿—拉弗森法和弧长法对荷载—位移平衡路径进行跟踪研究,研究了翼缘宽厚比和腹板宽厚比对结构极限承载力的影响;分析中考虑了不同楔率和长细比等因素对构件极限承载力的影响,并提出实用计算公式,获得对工程结构设计有益的结论。

轴压钢管混凝土格构柱剪力计算

钢管混凝土格构柱中的缀件主要用于承担剪力,剪力的计算是设计格构柱缀件的关键.现行钢管混凝土结构设计与施工规程(CECS 28:90)对于格构柱剪力的计算基本上是参照钢结构设计规范的相应规定,未能很好地反映钢管混凝土格构柱中剪力的变化规律.而本文在考虑钢管混凝土紧箍效应及格构柱剪切变形基础上,推导了钢管混凝土格构柱的剪力计算公式.该公式形式简洁,考虑了长细比、钢管屈服强度和核心混凝土强度对剪力的影响,适用于轴压四肢钢管混凝土格构柱剪力计算.公式计算结果与有限元计算结果吻合良好,验证了公式的正确性.

钢管格构柱稳定极限承载力研究

用弹塑性大挠度有限元对不同类型、不同腹杆布置形式的钢管格构柱进行了稳定极限承载力研究,并与规范结果进行了比较,分析了腹杆布置形式及腹杆长细比对极限承载力的影响,为合理设计钢管格构柱提供参考。

三肢钢管格构柱稳定极限承载力研究

用弹塑性大挠度有限元对不同腹杆布置形式的三肢钢管格构柱进行了稳定极限承载力研究,并与规范结果进行了比较,分析了腹杆布置形式及腹杆长细比对极限承载力的影响,为合理设计三肢钢管格构柱提供参考。

三管梭形钢格构柱缩尺模型破坏性稳定试验研究

本文对广州新白云国际机场航站主楼三根三管梭形格构柱缩尺模型进行了立式破坏性稳定试验研究,侧重研究直立三管梭形格构柱在两端铰接约束,竖向轴压情况下的破坏特性与破坏机理,并探讨了稳定极限承载力、变形过程。三管梭形格构柱缩尺模型的比例分别为1/4、1/5、1/6,长度分别是4.7m、4.5m和4.9m,管径分别为68×4、58×4和58×4。缩尺试验在足尺试验的基础上进一步检验有限元分析结果的正确性。在破坏形状与位置、荷载-位移曲线、稳定极限承载力等内容方面,通过试验结果与有限元数值计算结果进行比较表明,二者吻合较好。

三管梭形钢格构柱足尺寸破坏性稳定试验研究

本文对广州新白云国际机场航站主楼三管梭形钢格构柱中的3种高度柱通过卧位试验法进行了足尺寸破坏性稳定试验,研究了三管梭形钢格构柱在两端铰接约束,轴向受压情况下的稳定极限承载力,并揭示和验证了这种梭形钢格构柱的特有破坏机理以及变形过程。3种三管梭形格构柱的长度分别为19m、23m和29m,所有钢管规格为Φ273×16。在稳定极限承载力、破坏形状与位置、荷载-位移曲线等几个方面,通过比较试验结果与有限元数值计算结果,验证了有限元方法对梭形柱计算结果的正确性及通用性,为机场梭形柱的安全和可靠设计提供了理论和试验依据。

有初应力的钢管混凝土格构柱轴压试验研究

为了研究初应力对钢管混凝土格构柱受力性能的影响,进行了有初应力的钢管混凝土格构柱的轴压试验研究,对初应力的施加方式、荷载-位移全过程曲线、柱肢套箍效应等进行分析。研究结果表明:初应力的存在会使钢管混凝土格构柱弹塑性阶段提前出现,试件的组合刚度下降、局部屈曲明显;同时,初应力影响组合材料的泊松比发展历程,使得套箍作用出现推迟,从而影响套箍作用的充分发挥,并最终降低试件的承载力。初应力对缀管受力性能的影响不大,缀管的受力处于弹性工作阶段。

三管梭形钢格构柱稳定极限承载力研究

本文应用大挠度弹塑性有限元法对三管梭形钢格构柱进行了极限承载力分析。研究的重点放在梭形柱初始缺陷的分布形式和幅值大小对柱破坏模式的影响,同时分析了柱长度、柱长细比、分肢长细比、隔板数量和厚度对极限承载力的贡献以及对破坏机理的影响。分析结果表明,初始缺陷的分布形式和幅值大小对柱破坏形式起到决定性的作用;当梭形柱的初始缺陷分布形式与一阶弹性屈曲模态一致时,柱极限承载力最低。随着柱整体长细比的增加或隔板厚度的增加其破坏形式从“S”形向单波形转化,不过,随着柱单肢长细比的增加其破坏形式从单波形向“S”形转化,二阶效应是梭形柱破坏的主要原因。本文对广州新机场四根梭形柱进行了极限承载力有限元分析,初始缺陷分布取与一阶弹性屈曲模态相同,缺陷幅值大小取为L/500,其计算结果与足尺寸试验结果吻合良好。

上海世博会世博轴变截面钢管格构柱承载力试验与数值分析

研究了上海世博轴结构中一种新型的钢管格构柱的性能,柱子由三个肢体的圆管与一些沿柱轴线间隔布置的横隔板组成,其截面中间大、两端小,抗弯刚度非线性变化。进行了比例分别为1∶2和1∶1试件的破坏性试验,测试了钢管和横隔板等部位的位移和应变分布;应用ABAQUS软件建立有限元模型,对2个试件进行了数值分析。试验指出,这种新型的钢管格构柱的破坏模式是整体弯扭失稳,横向挠曲变形呈现S形波,两个半波在尺度上或者有点接近、或者差别很大。柱的承载力符合设计要求,横隔板与钢管直接焊接的连接方式是适宜的,所建立的有限元模型成功地模拟了试验结果,揭示了几何初始缺陷对承载力有重要影响。

格构角钢立柱轴压试验及有限元分析

以组合墙体中的格构角钢立柱为对象,针对0.8mm,1.0mm,1.2mm,1.5mm,1.8mm 5种不同的厚度,通过轴压试验和有限元分析研究格构角钢立柱的轴压极限承载力和破坏模态,并进行对比。结果表明:同一厚度的3个格构角钢立柱试件,由于初始几何缺陷的不同,其轴压承载力、荷载-位移关系曲线有一定差别;由于对初始几何缺陷十分敏感,当厚度值较小时,3个试件的轴压载力相差较大,而当厚度较大时,3个试件的轴压承载力相差很小;由于绕弱轴方向的刚度和转动刚度都很低,格构角钢立柱基本发生的是绕弱轴弯曲失稳破坏,或同时伴随有立柱中部的局部扭曲或凸曲现象;格构角钢立柱通过有限元分析得到的荷载-轴向位移曲线和试验曲线走势一致,破坏模态基本相同,且极限承载力相符合较好,说明了文中提出的针对格构角钢立柱的有限元建模方法的正确性和合理性。

缀板式冷弯薄钢双肢格构柱轴压承载力研究

为了满足特殊低层轻型房屋结构的大刚度和高承载要求,提出一种缀板式冷弯薄钢双肢格构柱,并对其进行轴压承载力研究。采用ABAQUS有限元软件,分析了柱二次卷边长度、腹板厚度、缀板数对薄钢格构柱轴压承载力的影响机制,得到了各工况格构柱的荷载-位移曲线、应力发展趋势及破坏模式。研究表明:相同截面的冷弯薄钢格构柱承载力随柱长增加而降低,构件破坏模式从强度破坏转向整体失稳破坏且同时伴有局部屈曲和畸变屈曲;增加板件厚度对提高冷弯薄钢格构柱轴压承载力效果明显,而二次卷边长度和缀板数对薄钢格构柱轴压承载力的影响非正增长。经对比分析,缀板式双肢薄钢格构柱在轴压作用下承载能力高、抗侧刚度好。在所研究的格构柱截面尺寸参数范围内,建议格构柱薄钢厚度取1.0~1.5 mm、缀板间距取300 mm、二次卷边长度取截面高度1/3,为构件设计提供参考。

济南西客站枢纽工程梭形柱及屋顶结构设计

梭形柱由于其建筑造型轻巧美观,在大跨度钢结构工程中得到了较多应用。介绍济南西客站枢纽工程中梭形柱的设计过程,采用SAP2000软件分析得到了考虑初始缺陷的梭形柱的屈曲荷载,利用简化公式计算了梭形柱的极限稳定承载力,采用铸钢节点以满足多梁交汇节点的安装要求,采用成品固定铰接支座以满足梭形柱的转动要求。工程实践结果表明梭形柱是安全可靠的,对相似工程具有借鉴意义。