Static and Dynamic Analysis Web Opening of Steel Beams

According to the purpose of the opening and the structural designer, the shape of the web opening is decided. It is too easy to choose the shape of openings from regular shape whether it is circular or rectangular shape. The presence of openings in the web of steel beams decreases stiffness of the beam and introducing a larger deflection than in the steel web opening with solid opening. A steel beam with web opening is analyzed in this paper. ABAQUS software is using for analyzing nonlinear static and dynamic opening of steel beam with different position and supporting conditions.

均布荷载下腹板开孔钢梁的受弯性能研究

为研究腹板开孔钢梁的性能,文中通过建立有限元模型,分析了开孔尺寸、开孔位置和开孔数量对钢梁挠度的影响。基于Timoshenko梁挠度理论和T/CECS951—2021《隐式钢管混凝土结构技术规程》开孔梁挠度增量计算公式,给出了刚度折减系数计算方法。在弹性分析的基础上,对腹板开孔钢梁的弹塑性抗弯承载力进行分析,考虑了开孔位置、开孔数量和腹板高宽比的影响,并对比分析了实腹梁、腹板开孔梁、单面水平加劲、单面水平加劲和背面竖向贯通加劲、双面水平加劲、双面水平加劲和单侧竖向加劲一共6种情况。发现水平加劲肋对于开孔截面的抗弯承载能力具有明显的提高作用,但是当腹板高厚比较大时,设置横向加劲肋有助于提高腹板的稳定性。基于分析结果,最终给出了实用的洞口补强构造设计建议。

新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点受力性能研究

传统的钢-混凝土混合结构的圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点存在钢筋交错、纵横向需与钢构件避让或开孔等情况,节点构造复杂,施工难度较大,连接节点成为钢-混凝土混合结构的设计及施工难点。对此提出了新型开洞圆钢管混凝土柱-混凝土梁连接节点,并结合近年来采用钢-混凝土混合结构的项目经验,对该类节点进行有限元分析,研究了柱顶轴压力和柱端水平力对节点各部分构件受力性能的影响,结果表明,柱顶轴压力的变化显著影响了圆钢管混凝土柱钢管开洞位置各构件的应力,且偏心力对圆钢管混凝土柱承载力有一定的折减。最后考虑到钢管壁开洞对圆钢管混凝土柱存在一定程度的削弱,采用了四种加强措施,分析了四种加强措施下钢管荷载-应力曲线,结果表明,开洞位置钢管壁加厚效果最为显著,设置内环板对缓解应力集中效应也有一定的效果,设置竖向断开加劲肋与设置竖向连续加劲肋荷载-应力曲线基本一致,考虑到设置竖向断开加劲肋所需钢材更少,认为设置竖向断开加劲肋具有较为显著的优越性。

H形钢梁腹板开洞的有限元分析与研究

通过H形钢梁腹板开洞的有限元分析,研究了开洞、补强加劲板厚度、长度和半刚性连接对钢梁的承载力和变形能力的影响。结果表明:腹板开洞后,钢梁承载力和刚度显著减小,极限状态为空腹破坏;采用井字形加劲肋补强效果较显著,有效减小了洞口区域的应力集中,提升了结构的承载能力;钢梁承载力随加劲板厚和伸长边的增加而增加,但仅在一定范围内,增加幅度随变化量逐渐减小;相对于铰接,考虑实际体系的半刚性连接后,钢梁刚度和承载力均有所增加,主要控制因素变化为H形钢梁与柱的连接节点。

西宁市火烧沟碧山大桥总体设计

西宁市火烧沟碧山大桥是连接海鲁路与海鲁路东侧支线的重要节点工程,位于碧山公园东侧,跨径布置为(40+60+40)m,上部结构采用了空腹式拱形连续钢箱梁结构,造型由多个拱形构件组成,形成多层次结构,造型优美、曲线圆润、富有动感,与周边景观及场地适应性较好。施工方法上采用了工厂智能加工和装配式快速化建造方法,提高了施工进度,有效减少了施工过程对场地薄弱生态环境的破坏,设计方案在现代城市景观桥梁中具有较大的参考应用空间。

双肢U形拼合冷弯薄壁型钢箱梁受弯性能试验

目的研究双肢U形拼合冷弯薄壁型钢箱梁的受弯性能,对现有拼合箱梁受弯承载力计算方法进行评估对比。方法对12根双肢U形拼合冷弯薄壁型钢箱梁进行受弯性能试验,通过分析试件破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及跨中截面应力分布,考察了螺钉间距及腹板开孔对拼合箱梁破坏模式及受弯承载力的影响,并对中美规范和学者建议的拼合箱梁受弯承载力计算方法进行了验证。结果增大螺钉间距会略微降低箱梁受弯承载力;腹板开孔比为0.4时,拼合箱梁受弯承载力下降很小,当开孔比为0.7时,拼合箱梁受弯承载力和延性下降明显。拼合箱梁受弯承载力计算方法中,简单叠加法由于未考虑拼合效应,预测结果偏于保守,而《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》(JGJ 227—2011)中规定的方法预测结果偏大。结论双肢U形拼合冷弯薄壁型钢箱梁纯弯段破坏模式表现为局部屈曲破坏,腹板开孔较大时会显著降低拼合箱梁受弯承载力,建议实际工程中腹板开孔比不宜大于0.4;可以采用《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018—2002)中有效宽度法计算单肢构件承载力后简单叠加近似得到拼合箱梁受弯承载力。

外包钢加固既有RC框架梁端开孔的数值模拟

为了研究既有钢筋混凝土框架梁端开孔后受力的变化与孔周加固的方法,对未开孔、梁端开孔、梁端开孔外包钢加固3个中节点进行建模分析,研究梁端开孔对节点滞回性能、抗侧刚度、耗能能力等抗震性能的影响以及寻求合理的外包钢加固构造。研究结果表明:①开孔削弱了梁截面,节点梁端塑性铰区域外移,试件极限承载力降低、抗侧刚度下降,耗能能力增强;②孔周外包钢加固有效补强了梁上开孔对构件截面的削弱影响,使梁端开孔试件极限承载力、滞回曲线接近未开孔试件相同性能。

招商银行总部大厦核心筒偏置超高层结构设计与关键技术研究

招商银行总部大厦是一栋387m高的超高层建筑,采用框架-偏心筒-环带桁架-伸臂桁架结构体系,核心筒偏置于建筑北侧,设5个伸臂桁架加强层。采用合理设计核心筒剪力墙厚度、增设环带桁架等措施,减小了核心筒偏置对结构的不利影响。在伸臂桁架中通过设置屈曲约束支撑(BRB),提高了整体结构的抗震性能。利用屋顶水箱设置调谐液体阻尼器(TLD),减轻了结构风振效应。大跨楼盖跨中增设钢次梁,减小了楼盖人致振动加速度。同时展开了结构整体稳定性、墙体受拉应力控制、长期荷载下的水平位移控制等多项研究,确保了该核心筒偏置的超高层结构的安全,所采取的设计方法和措施可供同类工程参考。

中小跨径钢箱-混凝土组合梁闭口与开口截面对比分析

对一种钢箱-混凝土组合梁的受力过程开展理论分析研究,为我国中小跨径钢箱-混凝土组合梁的设计和应用提供参考。对闭口和开口钢箱截面进行对比分析发现,闭口截面相比开口截面,虽增加少量用钢量,但减低了钢梁应力水平,减少了焊缝数量,进而减少了焊接问题的出现,适用于中小跨径钢箱-混凝土组合梁桥的建设。

大跨度钢梁腹板开洞的加固方式研究

本文针对某工程大跨度钢梁腹板开洞提出一种新型的洞口加固方式,通过有限元分析软件计算与对比,研究不同加固方式提升腹板刚度的补强效果,分析加劲肋的厚度及角度不同对钢梁刚度的贡献。计算分析结果表明,斜向加劲肋的钢梁腹板洞口补强方法是安全可靠的,可作为大跨度工程的有效加固方式。

钢框架梁腹板开孔型连接节点力学性能试验研究

钢框架梁柱节点的连接性能研究引起国内外的广泛关注,尤其是通过改善节点的变形性能从而提高结构的延性已成为钢结构研究的焦点。依据“强柱弱梁”的抗震设计原则,按照控制塑性铰位置的思路,对梁腹板上开孔的节点形式进行了反复荷载历程下的五个试件试验研究,探讨了梁柱节点区域内截面应力分布规律、滞回性能、节点破坏模式及极限承载能力,并利用ANSYS进行详细计算和对比分析。此外,通过一个单跨框架结构利用ABAQUS有限元程序计算分析,初步探讨了不同塑性铰位置对结构延性的影响。理论计算及试验结果表明,合理采用此类节点,可以使节点破坏模式从脆性破坏转变为梁的局部屈曲破坏,降低连接焊缝脆性破坏的可能性,达到了控制塑性铰位置的目的,从而改善框架结构的整体延性。

混凝土翼板开洞钢-混凝土组合梁的试验研究及刚度分析

对9根混凝土翼板开洞的钢-混凝土组合梁进行了试验研究,试件变化的参数主要为洞口的大小及位置。试验表明,根据不同的荷载工况和洞口位置,翼板开洞组合梁有两种不同的破坏形式。针对不同的洞口特征参数,对多种荷载工况下组合梁的刚度进行了研究,得到了考虑滑移效应的混凝土翼板开洞钢-混凝土组合梁的刚度计算公式,计算结果与实测值吻合良好,该方法可供设计参考。

腹板开洞的钢与混凝土组合梁承载力计算方法综述和探讨

介绍了三种钢与混凝土组合梁腹板开洞处承载力的计算方法 ,讨论了其存在的不足 ,提出了修正的方法。并通过一悬臂开洞组合梁的试验资料对修正方法进行验证 ,证明其是可行的。同时 ,简要说明了腹板开洞组合梁设计中的其他需要注意的问题。

钢箱梁焊接接头的断裂韧度评定

采用冲击试验评定钢箱梁焊接工艺存在局限性,指出用裂纹尖端张开位移(CTOD)试验评定钢箱梁焊接工艺的优越性。介绍了焊接工艺CTOD断裂韧度评定的方法。针对港深西部通道香港段后海湾大桥钢箱梁焊接建造,运用英国标准BS7448对两项拟用焊接工艺进行CTOD试验评定。结果表明,埋弧自动焊工艺焊接接头的CTOD断裂韧度较高,该工艺可以直接用于钢箱梁焊接施工;而焊条电弧焊工艺焊接接头的CTOD断裂韧度较低,经扫描电子显微镜断口分析和X射线分析,发现其原因是焊缝中心存在气泡、微裂纹、夹杂物和硫等有害元素。试验评定结果为港深西部通道香港段后海湾大桥钢箱梁焊接质量控制提供了依据。

腹板开洞连续工字形钢梁的挠度计算方法

连续钢梁腹板开洞后,不仅存在强度问题,还存在刚度问题,即变形不能过大。因洞口区域变为三次超静定,要计算其挠度,需先求解多余未知力,这样使得挠度计算极为不便。为了避免求解超静定内力,而又能得到适用的挠度计算公式,分别用求解挠度微分方程和结合用结构力学的方法推导了腹板开洞钢梁的挠度函数解析式,并将这些挠度函数计算的结果分别与有限元计算的结果进行了对比。结果表明两种方法得到的计算公式都与有限元结果吻合较好,可用于实际应用。

钢框架梁柱端板连接腹板开孔型节点的受力特性

对梁柱端板连接标准型和腹板开孔型节点进行了非线性有限元分析,研究了腹板开孔参数对节点区应力分布、屈服时应力应变发展变化及节点的弹性极限承载力的影响,对不同开孔尺寸节点的力学性能进行了分析比较,探讨了端板厚度、螺栓、开孔参数对端板上应力分布的影响.结果表明,梁柱端板连接腹板开孔型节点的细部构造对其受力影响较大,采用合理的细部构造形式有利于降低应力集中,改善节点的应力分布,使之受力均匀合理.

大连期货大厦钢-混凝土混合结构设计

大连期货大厦为超高层双塔，采用钢筋混凝土核芯筒-钢框架混合结构体系。结合工程特点介绍了超限对策。风洞试验结果发现，得到的双塔楼的顺风向等效静力风荷载比单塔楼的大10％～20％，且横向风振的影响不容忽视。探讨了嵌岩锚桩设计及确定基岩承载力的方法，得出岩石地基承载力在不同受力情况下具有不同的结果。结合理论及试验，给出了两端简支H型钢梁开设大尺寸矩形孔的加固方法，采用纵向和横向加劲肋的加固方法时，横向加劲肋厚度和宽度等于梁翼缘，纵向加劲肋厚度和宽度等于梁腹板。结合混凝土浇注试验，介绍了新型外加剂、新工艺在方钢管混凝土柱中的应用。

开口截面钢-混凝土组合梁弯扭性能非线性分析

在钢筋混凝土变角软化桁架模型的基础上,提出了适于分析开口截面钢-混凝土组合梁弯扭性能的三维桁架模型。在弯扭作用下,组合梁截面各单元分别处于一维应力状态(体系1)和二维应力状态(体系2),体系1用来抵抗由弯矩和扭矩引起的截面纵向应力,体系2用来抵抗由扭矩引起的截面剪应力,两者通过截面的纵向应变协调和内力平衡条件联系起来。分析充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程。通过对部分试件的计算验证,结果表明该模型不仅可以用于预测组合梁的极限强度,而且为混凝土翼板开裂后组合梁全过程分析,提供了有效途径。

六边形孔蜂窝梁腹板的屈曲性能分析

蜂窝梁是腹板开孔钢梁的一种,由于其结构合理、经济美观,已被广泛应用于工业与民用建筑、桥梁及轮船等多个领域。本文借助有限元分析软件ANSYS对六边形孔蜂窝梁腹板的屈曲性能进行了分析,求出了单孔、双孔以及多孔腹板在纯弯和纯剪作用下的屈曲模态和屈曲系数,拟合了相应的计算公式,并最终确定了腹板的高厚比限值,可供有关设计参考。

RC梁-核心区钢管壁开洞组合柱节点试验

为了研究核心钢管壁开洞对钢筋混凝土(RC)梁-组合柱节点区受力性能的影响,完成了4个试件的低周往复加载试验.试验结果表明:试件的力-位移滞回曲线比较饱满,弹塑性变形能力大;梁柱纵向钢筋配筋率以及柱的钢管含钢率与实际高层建筑工程基本一致的试件为梁受弯破坏,实现了强柱强核心区弱梁的抗震设计要求;洞口周围设置加劲板或加厚钢管壁能有效改善钢管壁开洞核心区的抗剪性能,提高核心区的受剪承载力.