钢筋混凝土拱承载力分析的齐次广义屈服函数

为了解决弹性模量调整法应用于钢筋混凝土(RC)结构的难题，建立了矩形截面RC偏压构件的通用齐次广义屈服函数。充分考虑RC偏压构件的破坏机理，并利用二次函数建立了矩形截面RC构件的分段光滑压弯承载力相关方程。通过回归分析建立分区表达的截面特征函数，以综合考虑钢筋混凝土偏压构件的截面几何和材料性能对承载力的影响，在此基础上采用分数指数幂的一阶多项式建立矩形截面RC偏压构件的齐次广义屈服函数。利用单元承载比定义高承载单元的自适应识别准则，通过有策略地缩减高承载单元的弹性模量模拟RC拱结构高应力区域的刚度退化，并根据线弹性迭代分析确定RC拱的极限承载力，据此提出了RC结构承载力分析的弹性模量缩减法。通过与模型试验及增量非线性有限元法对比分析，验证了该文方法具有较高的计算精度与计算效率。     

薄柔H形截面双向压弯钢构件极限承载力研究

为探究薄柔H形截面双向压弯构件的极限状态性能,采用ABAQUS建立了不同轴压比、腹板和翼缘宽厚比的H形截面构件在不同加载角度下的参数分析模型,分析中考虑了材料非线性、几何非线性及残余应力的影响,并基于已有试验数据验证了该模型的适用性。基于经典弹塑性稳定理论,提出了用于确定双向压弯构件极限状态的判定准则,对于塑性铰截面定义为截面出现塑性铰时达到其极限状态;对于由局部屈曲控制的薄柔截面其极限状态为屈曲起始时刻,且该准则能够准确识别出板件局部屈曲的发生。通过最小二乘法拟合得到双轴弯矩极限相关曲线,呈现出腹板和翼缘宽厚比及轴压力的复杂相关影响关系。提出了考虑材料的强化作用和板件相关作用的极限相关计算公式,能够良好地预测H形截面双向压弯构件的极限承载力,且不受截面分类的限制,具有良好的适用性。     

考虑板件相关作用的H形截面压弯钢构件抗弯承载力

对H形截面钢构件绕强轴压弯的极限抗弯性能展开研究。基于经实验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件的单调压弯全过程的参数分析,并对破坏模式进行了机理分析。研究表明,翼缘与腹板存在明显的相关作用,而板件屈曲形式决定了极限状态的应力分布形式,因此计算极限承载力时应考虑板件相关作用。以极限状态的应力分布特点为基础,提出了考虑板件塑性阶段屈曲相关作用的有效塑性宽度法计算截面的极限抗弯承载力。经与实验及有限元极限承载力的比较,显示该方法能够准确预测H形截面压弯构件的极限承载力。     

齐次化广义屈服函数与角钢输电塔架极限承载力分析

建立了等边角钢截面广义屈服函数的齐次化表达式,由此定义了角钢构件的单元承载比,依据承载比均匀度建立了弹性模量调整的动态阈值,并根据变形能守恒准则建立了弹性模量调整策略,提出了输电塔架极限承载力分析的弹性模量缩减法,可通过系统缩减结构中高承载比单元的弹性模量,模拟输电塔架塑性失效过程,确定结构极限承载力。该法克服了传统弹性模量缩减法及其他弹性模量调整方法因不满足比例加载条件所导致的计算精度和稳定性不良问题,并继承了该类方法原理简单、计算高效的优点。     

基于屈服机制控制的中心支撑钢框架结构优化方法研究

通过对结构中不同构件承载力关系进行不等式迭代分析，建立了中心支撑钢框架结构屈服机制控制方法，结合改进的遗传算法，以结构总重为目标函数，提出了基于屈服机制控制的结构优化分析方法。通过现有试验、48个有限元模型及多个中心支撑钢框架结构实例，分别针对结构屈服机制控制方法及该文章优化方法的计算效率、准确性进行验证分析。结果表明：屈服机制控制方法能保证结构构件按照预设置顺序屈服，而在实际应用过程中，不宜选取灵敏度较高的范围边缘参数，但应在参数范围内选取外径较大的支撑截面参数避免受压支撑过早屈服；利用参数范围进行优化分析，可有效减小优化搜索初始解域，提高优化分析的计算效率。     

常温及火灾下蜂窝梁腹板屈曲承载力计算方法

采用斜压柱理论模型及有限元方法,研究了常温及火灾下圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板受剪屈曲性能和受剪屈曲承载力计算方法。孔间腹板S/d₀和d₀/t_w的取值范围分别为1.4~2.0和41.4~80.7。在参数分析的基础上,对斜压柱的有效宽度及压力进行修正,用于计算孔间腹板的屈曲承载力;并提出了等效矩形理论,用于计算孔洞截面的受剪屈服承载力。蜂窝梁受剪承载力为孔间腹板屈曲承载力和孔洞截面受剪屈服承载力的较小值。采用修正的斜压柱理论模型和等效矩形理论得到的圆角多边形孔蜂窝梁受剪承载力稍小于有限元结果,比值在0.856~0.978之间。采用修正的斜压柱模型,并按照规范BS5950计算斜压柱屈曲应力,反算火灾下蜂窝梁孔间腹板屈曲温度,得到的火灾下圆角多边形孔蜂窝梁的孔间腹板屈曲温度仅稍低于有限元结果,偏差为0.17%~6.28%。     

冷弯薄壁型钢受弯构件承载力与延性优化研究

该文旨在通过改变冷弯型钢的截面尺寸来提高其承载力和延性。基于ABAQUS有限元软件建立已有试验模型,计算了不同尺寸下的腹板翼缘加劲截面和腹板加劲的折叠翼缘截面的抗弯承载力及延性,分析了上述2种截面的几何尺寸与抗弯承载力及延性的关系,并采用人工神经网络(ANNs)和遗传算法(GA)对截面尺寸进行优化;采用逼近理想解排序法(TOPSIS)分别确定了2种截面的最佳截面尺寸并提出截面尺寸的优化设计公式。结果表明:对壁厚为1.5 mm的冷弯薄壁型钢构件,在一定范围内增加截面腹板高度可以提高其抗弯承载力,采用较小的平翼缘宽度可以提高其延性,设置加劲肋的措施可以略微增加结构抗弯承载力但显著提高结构延性;在所研究的截面中,腹板加劲的折叠翼缘截面具有更好的力学性能。     

带翼缘剪力墙截面曲率分析及延性的计算

通过对非对称截面带翼缘剪力墙的弯矩-曲率分析,分别计算了翼缘受拉和翼缘受压方向的截面屈服曲率和极限曲率,分析了轴压比、纵筋配筋率、腹板竖向分布钢筋配筋率、翼缘宽度与腹板高度比、混凝土强度、配箍特征值、腹板截面高厚比对截面曲率的影响,并结合受压区高度的变化详细阐述了截面曲率随各影响因素的变化规律。通过对4941个工况下计算结果的回归分析,建立了带翼缘剪力墙截面屈服曲率和极限曲率的简化计算公式,并进一步推导了曲率延性和位移延性的计算公式。通过与试验结果的比对,验证了计算公式的准确性。该文公式不仅将翼缘受拉和翼缘受压状态进行了区分,并择取了影响截面曲率的关键因素,可为带翼缘剪力墙的变形能力计算以及基于位移的抗震设计提供依据。     

钢管再生混凝土长柱偏压性能研究

对10个圆钢管再生混凝土和10个方钢管再生混凝土长柱进行偏压静力单调加载试验,考虑了再生粗骨料取代率、长细比、偏心距3个变化参数,观察了试件受力的全过程和试件破坏形态,绘制出荷载-变形、荷载-应变等一系列重要关系曲线,给出了截面应变沿高度分布情况,并分析了变化参数对试件极限承载力的影响规律,采用国内外常用的8部相关规程计算两种截面形式试件的极限承载力。研究结果表明:钢管再生混凝土偏压长柱受力过程均经历了弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段,破坏形态主要为弹塑性失稳破坏;建议采用规程DL/T5085-1999和DBJ13-51-2003设计圆钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力,采用规程CECS159:2004、DBJ13-51-2003设计方钢管再生混凝土偏压长柱试件的极限承载力。     

工程结构极限承载力上限分析的弹性模量缩减法

基于弹性模量缩减法和基准体法,建立了工程结构极限承载力上限分析的方法。该法结合弹性有限元法进行迭代分析,以广义屈服函数表达的单元承载比作为弹性模量调整的控制参数,根据单元承载比均匀度确定模量调整的阀值——基准承载比,利用单元应变能转化中的能量守恒原理建立单元弹性模量调整策略,通过缩减高应力单元的弹性模量模拟结构弹塑性损...     

Test on pultruded GFRP I-section under web crippling

This paper presents the details of experimental and numerical research study on web crippling property of pultruded GFRP I-section under concentrated web crippling loadings. A total of 12 pultruded GFRP I-section with different loading conditions and bearing lengths was tested. The experimental scheme, failure modes and load–displacement curves were also presented. The investigation was focused on the effects of different loading condition and bearing length on web crippling ultimate capacity and ductility of pultruded GFRP I-section. The failure mode comprised longitudinal bending main crack, bending wrinkling cracks and shear cracks. Specimens with interior bearing load had slightly higher ultimate strength and greater deformation capacity than those of specimens with end bearing load. The ultimate strengths usually decreased with the increase of the bearing length except IG condition. Finite element models were developed to numerically simulate the tests performed in the experimental investigations by using commercial ABAQUS software. Based on the results of the parametric study, a number of design formulas proposed in this paper can be successfully employed as a design rule for predicting web crippling ultimate capacity of pultruded GFRP I-section under four loading and boundary conditions by using single parameter analysis.     

On a compressed elastic–plastic column optimized for post-buckling behaviour

A model of a column is proposed in order to analyse the post-buckling behaviour of a structural element in the elastic–plastic deformation range. The ideal two point I-section applied here simplifies the deformation analysis, that is, the problem of development of plastic zones in a section is eliminated, but still gives the possibility for qualitative analysis and optimization of the post-critical equilibrium paths. The coefficients of linear or parabolic variability of thickness of the flanges and their distance (web width) are accepted as model parameters and hence could be used for design variables in the optimization procedure. Moreover, the stiffness of an additional elastic support of the free end of the beam is also included as a parameter or design variable. A material model is employed with non-linear asymptotic isotropic hardening without the Bauschinger effect. Change of the tangent modulus is continuous and smooth during the transition from the elastic to plastic deformation range. The main goal of the analysis is to determine the values of the design variables for which the post-critical equilibrium paths are stable at least in the specified range of a generalized displacement. The constraints for the constant volume of the flanges and web material are applied. The inequality constraints are imposed on the flange thickness and web width. Various formulations of the optimization problem are proposed for all types of non-linear behaviour, including elastic or plastic buckling and elastic or elastic–plastic post-buckling deformation.     

Buckling analysis of imperfect I-section beam-columns with stochastic shell finite elements

Buckling loads of thin-walled I-section beam-columns exhibit a wide stochastic scattering due to the uncertainty of imperfections. The present paper proposes a finite element based methodology for the stochastic buckling simulation of I-sections, which uses random fields to accurately describe the fluctuating size and spatial correlation of imperfections. The stochastic buckling behaviour is evaluated by crude Monte-Carlo simulation, based on a large number of I-section samples, which are generated by spectral representation and subsequently analyzed by non-linear shell finite elements. The application to an example I-section beam-column demonstrates that the simulated buckling response is in good agreement with experiments and follows key concepts of imperfection triggered buckling. The derivation of the buckling load variability and the stochastic interaction curve for combined compression and major axis bending as well as stochastic sensitivity studies for thickness and geometric imperfections illustrate potential benefits of the proposed methodology in buckling related research and applications.     

基于平衡向量的刚架结构极限承载力分析的广义塑性铰法

广义塑性铰法能够保持传统塑性铰的比例特性并据此高效求解杆系结构在多内力联合作用下的极限承载力,克服了传统塑性铰法和精细塑性铰法的局限性。但是由于未考虑前序塑性铰上轴力增量对结构平衡状态的影响,导致刚架结构在部分荷载工况下的计算结果出现较大误差。为此,该文通过建立平衡向量,提出了修正的广义塑性铰法计算格式,从而有效消除了塑性铰上轴力增量导致的不平衡状态及其对计算精度的影响。利用强度折减因子确定各构件在多内力组合作用下的修正截面强度,在此基础上利用齐次广义屈服函数定义单元承载比;根据最大单元承载比及其与外荷载之间的比例关系确定新增塑性铰的位置和荷载增量;进而利用广义屈服准则和转角位移方程建立了平衡向量,据此修正当前加载步的塑性铰位置和荷载增量,从而解决了广义塑性铰法不适用于部分荷载工况的问题;通过与不同方法对比分析,验证了该文方法具有更高的计算精度和计算效率。     

工字形截面的延性系数和面向抗震设计的钢截面分类

对压弯荷载作用下的工形截面模型进行了考虑几何和材料非线性、残余应力、初始几何缺陷的非线性分析, 得到弯矩-曲率曲线, 确定不同通用宽厚比下截面的延性系数, 提出工形截面的延性系数计算公式. 根据面向抗震设计的钢构件截面分类的方法, 利用结构延性与截面延性系数的关系和该文得到的截面延性系数的计算公式以及结构影响系数中是否包含超强系数, 分别给出了各类截面板件的通用宽厚比分界. 将通用宽厚比分界表示成翼缘宽厚比和腹板宽厚比的相关关系, 拟合了相关关系的计算公式.     

PBL剪力连接件粘结滑移性能的静载推出试验研究

PBL 剪力连接件是组合梁桥中波纹钢腹板和混凝土上下翼缘板连接的关键构造,研究PBL 剪力连接件的粘结滑移性能是连接件设计的关键环节。该文简要介绍了PBL剪力连接件的发展和研究现状,结合波形钢腹板PC 组合箱梁桥工程背景,进行了4 个PBL 连接件的静载推出试验,分析了腹板厚度和孔径大小对连接件粘结滑移性能、极限承载能力和破坏机制的影响。实验结果表明,各个试件有相似的滑移趋势并表现出一定的延性,随着腹板厚度和连接件孔径的增大,极限承载能力增强。同时,通过对荷载和水平位移关系的分析,得到连接件的受力机理为:在受力初期,混凝土受到剪力件的力传递发生变形向外膨胀;随着荷载的增大,剪力件发生明显滑移,混凝土发生向外侧的位移。剪力连接件腹板、翼缘和钢腹板上的应变发展趋势符合加载受力的传递机理。最后,对比和分析了连接件极限承载力的理论结果和试验结果,阐述了影响极限承载力的主要因素,并且在考虑安全实用意义的基础上,提出了一个新的估算公式,可以较好地估算本次试验结果。