基于ANSYS Workbench的薄壁筒形件有限元分析

通过运用ANSYS Workbench14.0对食品加工中的不锈钢罐体进行有限元分析,以检验原设计的可靠性,并验证该分析软件在此类设计过程的可行性。为增强筒形件的静力学性能,提出了加纵向加强筋的形式,并对有无加强筋两种形式的罐体进行静力学分析。通过对两种结构模型的总变形量和应力分析结果进行比较分析,证明纵向加强筋可有效提高薄壁筒形件的静力性能。

带有加劲肋的大长宽比薄壁矩形钢管混凝土试验研究与理论分析

矩形钢管混凝土在双向压弯荷载作用下截面受力不对称,随着荷载的变化变形轴发生扭转,本文结合贵州洪家渡水电站钢管混凝土厂房柱的设计,对大长宽比的薄壁加劲矩形钢管混凝土构件在双向压弯荷载作用下的性能进行了理论分析,研究了构件的变形、截面内力和截面变形轴随荷载的变化。同时对截面长宽比为2.4的4根带有加劲肋的矩形薄壁钢管混凝土构件进行了双向加载试验研究。结果表明:双向加载的矩形钢管混凝土构件截面变形轴扭转会显著影响构件的受力性能、降低构件的承载力;随着截面长宽比的增加,承载力降低幅度增大;薄壁板件的加劲肋改变了钢板的屈曲模态,提高了钢板的屈曲承载力。最后试验结果和国内外典型矩形钢管混凝土设计规程的计算结果进行对比,对比结果表明:现有规程偏于保守地计算了大宽厚比矩形钢管混凝土双向压弯构件的承载力。

带肋方钢管混凝土柱偏心受压力学性能研究

在方钢管混凝土管壁内设置纵向加劲肋可提高其管壁的稳定性。采用有限元软件ABAQUS对带肋方钢管混凝土柱偏心受压荷载-变形全过程关系进行计算,计算得到的破坏形态和荷载-变形关系曲线与试验结果符合较好。在此基础上,通过典型算例从变形情况、荷载-变形全过程曲线、核心混凝土的纵向应力分布以及钢管与混凝土相互作用四个方面对带肋方钢管混凝土的工作机理进行分析,并且与相应的无肋方钢管混凝土进行对比。研究结果表明:加劲肋的设置可以增加钢管约束支撑点,减小鼓曲的横向变形值,增强核心混凝土与管壁之间的相互作用,进而有效地延缓构件局部屈曲,改善管壁的稳定性,提高构件的极限荷载;纵向加劲肋宽度越大,构件极限荷载越高,后期延性越好;加劲肋宽度设置应控制在一定范围,能获得较好的综合经济效果。

方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙低周反复荷载试验研究

对三个1/3比例单跨两层方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙进行了低周反复荷载试验,研究了梁柱连接为穿心高强螺栓-端板节点和内隔板式节点对试件性能影响,并将方钢管混凝土框架-斜十字加劲薄钢板剪力墙与方钢管混凝土框架-非加劲薄钢板剪力墙进行对比.得到了试件的破坏形态、滞回曲线、延性、刚度、耗能能力等抗震性能指标,分析了其破坏特征、承载能力及刚度退化等力学性能.结果表明:方钢管混凝土框架-薄钢板剪力墙具有较高的承载力、抗侧刚度和良好的耗能性能.斜加劲肋能有效限制薄钢板剪力墙面外变形,提高结构初始刚度和承载力,有效减轻滞回曲线"捏缩".穿心高强螺栓-端板节点提高了节点域刚度,延缓了柱壁鼓曲.方钢管混凝土竖向边缘构件确保了薄钢板剪力墙性能充分发挥.

厚壁方矩形管冷弯效应对比分析

为了对厚壁型钢管的冷弯工艺改进、性能分析、结构强度设计和数值模拟结果的验证提供重要依据,进行了冷弯厚壁钢管上截取的平板件、弯角件、母材和相应方、矩形截面短柱的力学性能试验研究,获得了短柱全截面屈服强度相对于母材强度的提高值。分别运用北美等国厚壁冷弯型钢规范、国内薄壁冷弯型钢规范以及相关文献中的修正规范,对我国厚壁冷弯方矩形型钢管全截面强度进行设计和对比分析。结果表明:因冷弯工艺不同,国外公式计算的结果高于国内短柱实测值,国内厚壁冷弯型钢的强度设计不能照搬现有的国外厚壁冷弯型钢设计规范;国内薄壁公式能否适用要视型钢的冷作硬化效应程度决定;原料的强屈比和冷弯应变程度越大,则冷作硬化效应越大;焊接热使板件受到低温"退火"的作用不可忽略,其常常导致竖直配辊冷弯厚壁矩形型钢时,两竖直侧平板件强度低于母材。

带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱设计探讨

薄壁方钢管混凝土能取得较好的经济效果,适宜在结构中用作柱构件。但薄壁钢管在荷载较大时易发生局部屈曲,且降低对混凝土的约束。研究表明,在钢管纵向设置加劲肋可有效延缓管壁局部屈曲,改善构件工作性能。针对该新型方钢管混凝土轴压短柱,探讨子板件最大宽厚比及加劲肋的最小刚度确定方法。最后利用国内外常用的钢管混凝土设计规范对已有充分加劲的试验构件进行承载力计算,通过分析比较确定这些规范计算公式的适用性,供工程实践参考。

薄壁方形钢管再生块体混合短柱轴压试验研究

为分析预测试件轴压承载力的有效性、轴压承载力提高系数和延性系数等轴压性能,以宽厚比、混合比、套箍系数及有无肋为试验主要研究参数,对15个薄壁方形钢管再生块体混合短柱进行轴压试验,分析试件的荷载-变形曲线、破坏形态、国内外相关公式。研究结果表明:在破坏阶段不带肋试件呈软化特性,带肋试件呈加劲特性;宽厚比相同时,带肋试件具有与全现浇试件相近的轴压承载力;混合比相同时,宽厚比为64、72带肋试件分别与宽厚比为72、80不带肋试件的轴压承载力相近;相关公式引入套箍系数计算精度较高;不带肋试件的轴压承载力提高系数与宽厚比和套箍系数呈抛物线关系,带肋试件呈线性关系,又均随混合比增大而减小;延性系数随套箍系数的增大而提高;通过对试验数据回归分析,推出不带肋和带肋薄壁方形钢管再生块体混合短柱的轴压承载力计算公式,其计算精度较好。

设直肋薄壁方形钢管混凝土短柱性能研究

为了分析薄壁方形钢管混凝土的力学性能,考虑到钢材成本,在含钢量不变的条件下,对8个短柱试件进行轴压试验。通过改变构件的截面厚度和加肋形式,分析了薄壁方管内侧设单向直肋、设双向直肋和外部设单向直肋对薄壁钢管混凝土短柱的极限承载力、破坏特征及受力性能的影响。试验结果表明,在含钢量不变的情况下,构件内部设肋可以有效延缓薄壁方形钢管混凝土构件管壁局部屈曲的发生,设双肋比设单肋效果更加明显,但在改善构件极限承载力方面,效果并不明显;外侧设加劲肋的设置不能有效延缓钢管混凝土管壁的局部屈曲。

方形薄壁钢管轻骨料混凝土短柱的承载力

采用双剪统一强度理论,综合考虑方形薄壁钢管的局部屈曲效应以及轻骨料混凝土与普通混凝土多轴强度准则差异的影响,推导出了方形薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式,同时分析了拉压比、材料强度参数、宽厚比和混凝土强度对极限承载力的影响。结果表明:该计算结果与文献试验结果吻合良好,验证了公式的合理性;该结果为方形薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的承载力分析计算提供了理论依据,具有工程参考价值。

薄壁方钢管/竹胶合板组合空芯柱偏心抗压试验研究

对9根薄壁方钢管/竹胶合板组合空芯柱(SBCC)进行了偏心抗压试验,考察了SBCC受压破坏形态,分析了SBCC长细比、偏心距、空心率和净横截面面积对其极限承载力的影响,建立了SBCC极限承载力计算模型.结果表明:SBCC受压破坏形态主要包括柱端部不同基体胶合面开胶和竹胶合板材料开裂破坏、柱身中部受拉侧不同基体胶合面开胶和抗压侧竹胶合板材料压屈破坏、柱整体开胶破坏.SBCC极限承载力随其净横截面面积增大而提高,随其长细比、偏心距和空心率的增大而降低.所建立的SBCC极限承载力计算模型可为其工程应用提供参考.

方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙的滞回性能研究

对1榀单跨2层1/3比例的方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙进行了低周往复荷载试验,研究了方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙的抗震性能.利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值分析,并对比分析了数值分析结果与试验结果 .构建足尺模型研究了柱子轴压比、加劲肋数量、钢板墙高厚比和柱子柔度系数对方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢板剪力墙滞回性能的影响.结果表明:方钢管混凝土框架-竖向加劲薄钢剪力板墙具有良好的抗震性能.增大轴压比使结构的承载力和延性降低,但对滞回耗能和刚度退化影响较小;加劲肋数量对结构滞回耗能影响较大,但对承载力和刚度退化影响较小;高厚比和柱子柔度系数对结构的承载力、滞回耗能和刚度退化影响较大.

带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力

针对带肋薄壁方钢管混凝土轴压短柱,通过引入混凝土强度折减系数和修正后的等效约束折减系数,将方钢管混凝土等效为圆钢管混凝土,采用统一强度理论推导出极限承载力的计算公式,并对影响因素进行了分析。将采用本研究公式计算所得的理论值与相关文献中的试验值进行比较,吻合良好,验证了公式的合理性,可为带肋方钢管混凝土柱轴压极限承载力的研究提供理论依据。

中空夹层薄壁钢管混凝土短柱轴压性能研究

进行了9个轴压短柱的试验研究,考察空心率和径厚比对方套圆中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响。试验发现中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱具有较好的延性和较高的承载力。接着对中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱进行了数值模拟,数值模拟结果与实测结果吻合良好。机理分析表明:外钢管的约束效果主要集中在角部,纵向加劲肋可很好地提高外钢管的承载力。参数分析表明中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱的承载力随着钢管屈服强度、混凝土强度或径厚比的增大而增大;构件的延性随着空心率的增大而增大。最终建议了中空夹层薄壁钢管混凝土轴压短柱承载力的简化计算公式。

复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压力学性能研究

进行了9根带纵向加劲肋的复式薄壁方钢管混凝土柱的偏压试验.试验结果表明构件的承载力随着偏心距和长细比的增大而下降,但随着核心混凝土强度的提高而提高.基于充分验证的有限元模型,研究复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的工作机理,并进行大量的参数分析.研究表明:外钢管的约束主要集中在角部,混凝土承担了大部分荷载,填充核心混凝土可改善组合构件的延性.钢材屈服强度、内钢管混凝土含钢率和径宽比越大,相对轴力-相对弯矩相关曲线的平衡点的横、纵坐标越小;但是随着混凝土强度的增大,相关曲线的平衡点的横、纵坐标均有增大的趋势;随着长细比的增大,轴力-弯矩相关曲线趋近于直线.最终建议了复式薄壁方钢管混凝土偏压柱的承载力简化计算式.

冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点抗震性能研究

汶川地震后在灾区重建过程中大量使用冷弯薄壁方钢管,但其梁柱节点的连接方式和力学性能等尚需进一步研究。基于结构实际受力情况设计了一种三维双节点试验模型,对不同轴压比下冷弯薄壁方钢管梁柱加腋节点和普通节点的8个试件进行了足尺试验,通过对比分析研究了低周往复荷载作用下加腋节点的破坏模式、滞回曲线及评价节点抗震性能的主要参数(承载力、延性、刚度退化和能量耗散系数等)。同时,利用ANSYS对各节点进行了有限元数值计算,并与试验结果进行对比分析进一步对加腋节点进行了研究。结果表明:试验与有限元数值计算结果吻合良好,验证了理论分析的正确性;加劲腋板提高了节点的初始刚度和承载力,钢管梁的弹塑性性能得到了充分发挥,不同轴压比下均出现了塑性铰,导致加腋节点各试件的最终破坏均是由钢管梁塑性变形过大出现局部屈曲引起;加劲腋板提高了节点的延性系数及往复变形次数,延长了变形时间,增大了节点的粘滞阻尼和耗能性性能,改善了节点的抗震性能;随轴压比增加,加腋节点塑性变形减小,脆性破坏特征增加,各耗能系数均相应降低。

方钢管混凝土组合异形柱框架-钢板剪力墙结构抗震性能试验研究

通过对一榀1∶2的方钢管混凝土组合异形柱(SCFST柱)框架-钢板剪力墙模型进行拟静力试验和有限元数值模拟,并与SCFST柱框架-支撑结构拟静力试验的结果进行对比,研究SCFST柱框架-钢板剪力墙结构体系的抗震性能.结果表明:试件表现出钢板剪力墙先屈曲,钢梁后产生塑性铰的屈服机制;试件滞回曲线包围面积大,有明显捏缩现象,骨架曲线呈S形;试件承载能力和刚度较高,延性较好,耗能能力随加载进程增大,强度退化不明显,破坏阶段仍保持较高承载力和耗能能力;试件与SCFST柱框架-支撑结构相比,抗震性能较优.有限元模型破坏特征与试验基本一致.

方钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构抗震分析

将具有承载力高、耗能能力强等优点的非加劲薄钢板剪力墙用于抗震性能优越的方钢管混凝土框架中,形成一种新型组合结构体系,利用有限元对其进行模拟分析对推广应用尤为重要.通过OpenSees有限元软件设计并建立了方钢管混凝土框架-钢板剪力墙结构体系的分析模型,在校准模型的基础上,采用Pushover方法探讨结构的弹塑性发展过程、层间位移和层间剪力的分布规律.研究表明,框架与钢板剪力墙可以很好地协调工作,此类结构具有良好的延性;结合动力时程分析方法研究了不同地震动作用下结构的动力响应,计算得到的结构影响系数和位移放大系数,可为方钢管混凝土框架-钢板剪力墙体系基于性能的抗震设计提供一定参考.

高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲T型节点试验

为考察支主管间设置的加劲板构造和支主管截面宽度比对高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点破坏模式、承载力、连接区应力和应变的分布及演化等受力性能的影响,对加劲节点和常规节点进行了支管轴压静力加载试验.试验结果表明:高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点的典型破坏模式有连接区主管受压上翼缘凹陷、主管腹板凸曲、主管弯曲、支管侧倾失稳、加劲板屈曲、支主管焊缝开裂和加劲板与支管焊缝开裂等.常规节点的承载力取决于支管根部及其焊缝的承载强度和连接区主管上翼缘的局部承压强度,其荷载-位移曲线形成流塑平台.加劲节点的承载力取决于包括加劲板扩散效应的支管根部及其焊缝的承载强度、连接区主管上翼缘扩散承压强度和加劲板屈曲强度,其荷载-位移曲线呈渐变上升趋势,没有屈服平台.加劲板明显提高了T型节点的承载力,加劲节点的屈服承载力和极限承载力较常规节点分别提高10.0%~40.0%和15.0%~48.3%,加劲节点的承载力随支主管截面宽度比的增加而提高.

带肋薄壁方钢管混凝土柱温度场试验研究与分析

为研究带肋薄壁钢管混凝土柱在火灾下的温度分布,进行3根足尺带肋薄壁方钢管混凝土柱升温试验。建立方钢管混凝土柱温度场有限元模型,模型计算结果与实验结果符合较好。利用模型分析了典型的温度场分布规律,并研究了各参数对构件温度场的影响规律。结果表明:构件截面温度场在四面受火状态下呈双轴对称分布,且角部温度较高。加劲肋对构件温度场的影响仅限于焊接点附近,加劲肋间距和含钢率对构件整体温度场影响微小;截面边长、受火时间和受火方式是影响构件温度场的主要因素。

薄壁方钢管-砂卵石组合短柱轴压力学性能研究

保持砂卵石压实系数在大于87.7%的范围,对两组6根薄壁方钢管-砂卵石短柱的轴压静力性能进行了试验研究,分析了试件的破坏形态、极限承载力、轴向荷载-位移曲线以及轴向荷载-应变曲线等数据。试验结果表明:(1)薄壁方钢管-砂卵石短柱的破坏模式均为局部失稳破坏,且破坏后砂卵石随钢管变形而变形;(2)薄壁方钢管-砂卵石短柱轴向荷载-位移曲线根据钢管与砂卵石分担荷载情况大致可以分为钢管主要受力阶段、砂卵石压实阶段、砂卵石主要受力阶段、破坏阶段4个阶段;(3)增加壁厚能增强薄壁钢管与砂卵石的相互作用。