平面钢管桁架的面外稳定分析模型研究

受压主管无面外支撑的平面钢管桁架的承载能力主要由其平面外的稳定性控制,而其面外稳定性又主要取决于桁架相贯节点的面外转动刚度。推导K型对称圆钢管相贯节点的面外转动刚度计算公式,进行数值验证,在此基础上建立平面钢管桁架面外稳定分析的杆系有限元模型。进行平面钢管桁架面外稳定性的足尺试验研究,与杆系有限元模型的计算结果进行对比分析。数值分析和试验研究表明:提出的平面钢管桁架的面外稳定分析模型具有较高的计算精度,可以应用于实际工程的分析和设计。

平面钢管桁架平面外稳定混合有限元分析

平面外失稳通常是无支撑平面钢管桁架在极限荷载作用下的破坏形式之一。在平面钢管桁架平面外稳定问题的求解方法中,采用梁-板壳混合有限元模型在完成整体稳定分析的同时,还可以得到节点区域实际的受力状况,且具有求解精度较高、单元数量较少的特点。根据混合有限元的基本原理,给出了混合单元交界上的结点约束方程。针对混合有限元求解方程的特点,为避免在求解上遇到数值困难,给出了混合单元模型在单元划分、求解方法上的原则和建议。数值算例与试验结果表明,混合有限元模型计算耗时较少,能较为准确的分析平面钢管桁架平面外失稳过程,提出的求解方法及建议较好的避免了数值困难的产生。

平面钢管桁架整体稳定实用设计方法

平面钢管桁架的整体稳定性主要由其受压弦杆的平面外稳定性决定.本文针对上弦简支、承受均布荷载的平面钢管桁架,采用势能原理确定了考虑受压弦杆不均匀轴力影响的计算长度系数和考虑桁架附加扭转效应的承载力折减系数,结合轴心受压构件整体稳定相关设计规定,建立了平面钢管桁架整体稳定承载力实用设计方法.采用有限单元法,对24例不同几何参数的平面钢管桁架进行了线性屈曲分析和考虑初始几何缺陷的非线性稳定分析.由本文实用设计方法计算得到的平面钢管桁架整体稳定承载力与有限元分析结果吻合良好,验证了实用设计方法的合理性和可靠性.最后,通过非线性有限元分析讨论了较大初始几何缺陷(跨度/300)对平面钢管桁架整体稳定性的影响.

钢管桁架抗火试验及有限元分析

进行了2个足尺钢管桁架的抗火试验,建立了桁架的有限元模型,经比较,有限元与试验结果吻合良好。火灾试验和有限元分析结果表明:火灾作用下平面圆钢管桁架的破坏主要是由于腹杆管壁局部屈服引起的;并且随着荷载比的增加,平面圆钢管桁架的耐火极限温度逐渐降低。

Warren型平面钢管桁架受压弦杆的面外稳定承载力

受压弦杆面外失稳是Warren型平面钢管桁架面外失稳的主要形式，其受力状态可以简化为支撑弹簧压杆。确定腹杆提供的支撑弹簧刚度是计算压杆面外稳定承载力的必要条件。考虑节点面外转动刚度的影响，推导了腹杆对弦杆支撑弹簧刚度计算公式。对4～15跨的支撑弹簧压杆建立了相应的标准化屈曲计算模型，进行有限元屈曲分析，得到不同跨数压杆的弹簧刚度与面外稳定承载力的数值关系表，通过计算支撑弹簧刚度可以方便地查表得到不同跨数Warren型平面钢管桁架受压弦杆的面外稳定承载力。通过数值算例比较，查表法简便可行，可以在实际工程设计中参考应用。

平面钢管桁架拱平面外稳定试验研究与有限元分析

对2个跨度为10 m的圆弧形平面圆钢管桁架拱模型进行全跨均布荷载作用下的静力试验研究,分析了平面钢管桁架拱的平面外稳定承载力。引入平面外转动弹簧单元、水平位移弹簧单元,建立弹簧-杆系有限元模型,对试验模型进行非线性有限元分析。试验和有限元分析结果表明:下弦杆无平面外支撑的平面钢管桁架拱,在极限状态时,受压上、下弦杆发生侧向弯曲失稳,并引起整体平面外弯曲失稳破坏;圆钢管相贯节点的平面外转动刚度对试验模型的平面外稳定承载力影响显著。弹簧-杆系有限元分析结果与试验结果较为吻合,可为同类型结构的平面外稳定分析、设计提供参考。