冷弯薄壁C型钢柱稳定性分析

通过对选定截面冷弯薄壁C型钢轴心受压柱的在不同柱高与边界条件下的有限元模拟分析,证实运用壳单元Shell181分析单轴对称构件的受力特性是合适的.分析结果表明,不同的边界条件对失稳模态发生次序有一定影响.限制端部的翘曲可明显提高构件的弯扭承载力.根据对不同截面C型钢进行的局部失稳模拟,结果与国内外规范的对比表明我国现有规范对板件局部屈曲计算过于保守.板件的厚度对构件的局部屈曲承载力有很大影响.分析结论成果为该类构件设计以及更深入的研究提供参考.     

高强钢焊接薄腹矩形管截面压弯构件平面内的极限承载力

本文采用ANSYS有限元软件建立模型分析了高强钢(名义屈服强度为460 MPa)腹板高厚比超限的焊接矩形管截面偏压构件的极限承载力,以及构件长细比、腹板高厚比、翼缘宽厚比和相对偏心率对极限承载力的影响,提出腹板高厚比超限高强钢压弯构件平面内极限承载力计算公式.研究表明:考虑初弯曲和残余应力影响的双重非线性有限元模型能够很好地模拟高强钢焊接箱形截面偏心受压构件的局部-整体相关屈曲;高强钢薄腹矩形管截面压弯构件平面内无量纲化极限承载力Pu/(Afy)与构件长细比、腹板高厚比和翼缘宽厚比近似为线性关系;高强钢薄腹矩形管截面偏压构件的轴力和弯矩相关曲线近似为直线;按边缘纤维屈服准则推导的公式经过修正之后可用于计算高强钢压弯构件局部-整体相关屈曲的极限承载力.     

残余应力对单轴对称工字梁稳定承载力的影响

对单轴对称工字形悬伸梁、连续梁进行整体稳定试验前,通过截面法测量了截面中的残余应力分布.根据测量结果和简化分布模型,编写了能描述残余应力大小和分布的ANSYS初应力文件,在非线性分析中以此来考虑残余应力对构件整体稳定性的影响.通过比较试验和有限元分析结果发现,考虑残余应力所得的计算结果与试验结果吻合良好,不考虑残余应力所得到的极限荷载与试验值差别较大.试验结果表明:当梁截面中的窄翼缘尺寸较小时,翼缘中残余应力以受拉为主,其端部残余压应力较小,焊接残余应力对单轴对称工字形悬伸梁和连续梁的整体稳定承载力影响很大,主要是提高作用,有限元计算时应该考虑残余应力.对比分析结果表明,文中所用的残余应力分布模型能够模拟试验梁的真实情况.     

薄壁杆件屈曲模态分析的力特征约束有限条法

整体、畸变、局部等基本变形模式的划分是条理化开展薄壁杆件工程计算的必要手段。薄壁杆件的基本变形模式传统上基于简化应力-应变关系,采用变形、应变等几何特征进行定义,不利于因应复杂化应力-应变关系。提出一套完全基于力特征和正交完备性原则的基本模式定义。与广义梁理论和约束有限条法相比,提出的整体、畸变、局部3种基本变形模式关于刚度严格正交,且完整覆盖薄壁杆件全变形域。基于该定义实现了针对薄壁杆件有限条模型的屈曲模态分解和识别。算例表明,提出的基本模式定义和屈曲模态分析方法具有开、闭口和折、曲线形截面的一致适应能力,剪应变和横向伸缩的影响在基本屈曲模式中得到合理表达,曲线形截面薄壁构件具有与多边形截面薄壁构件一致的整体、畸变和局部屈曲机理。     

复合材料薄壁梁模态的有限元分析

采用有限元软件ANSYS对三闭室复合材料箱型薄壁梁以及复合材料翼型截面薄壁梁进行了模态分析。首先建立了复合材料薄壁梁的有限元模型,然后对这2种不同截面形状的薄壁梁分别进行了模态计算,讨论了铺层角度、长高比、宽高比对三闭室复合材料薄壁箱型梁的模态振型及固有频率的影响,并讨论了铺层角度、长度、铺层数对复合材料薄壁翼型梁的模态振型及固有频率的影响。     

单轴对称薄壁钢压柱局部和整体相关作用

通过27根剖分T型钢压杆试验,借助通用有限元软件对单轴对称钢压杆的整体与局部相关屈曲做了计算分析,分析时考虑了残余应力、几何和材料的非线性等因素的影响.分析结果表明,畸变变形不容忽视,整体分析时应考虑局部屈曲和畸变屈曲的影响,三者不宜分开考虑.按照等稳定原则设计,薄壁构件对初始缺陷较为敏感,整体和局部相关作用明显.     

预应力混凝土梁模态分析的有限元软件实现

为建立预应力混凝土梁模态分析的有限元模型,以ANSYS有限元分析软件为例,提出预应力混凝土梁式结构在利用大型有限元软件进行模态分析时,可采用初应变法施加预应力,并且将混凝土受到的预压力影响转化为对单元材料弹性模量的影响,通过对变弹性模量的有限元模型进行模态分析,得到预应力混凝土梁在各级预应力下的自振频率和振型.通过与试验值对比可知,改进后的有限元模型可以用于预应力混凝土梁的模态分析.     

外伸翼缘加劲钢箱形压弯构件屈曲特性试验

为了研究Q500qE高性能钢外伸翼缘薄壁加劲箱形压弯构件的稳定特性,开展3个Q500qE和1个Q345B的构件模型试验,分析试验构件的荷载-位移曲线、整体和局部屈曲形态.整体屈曲试验结果表明,采用Q500qE高性能钢和设置外伸翼缘可以有效提高薄壁箱形压弯构件极限承载力且能够改善构件整体稳定特性.局部屈曲试验表明,外伸翼缘宽厚比对平面外局部屈曲半波数和局部变位影响较大,故需要根据现有规范中的宽厚比限值要求限制外伸翼缘板局部屈曲.对于构件的极限承载力和屈曲形态,试验结果与弹塑性数值分析结果吻合较好.分别采用允许应力法和极限状态法对Q500qE构件进行稳定验算,与试验结果进行比较,表明现有规范中的相关验算公式适用于验算此类压弯构件.     

新型冷弯翼缘闭合构件力学性能研究

为进一步利用空翼缘梁截面形式开展,抗弯、扭刚度大的特点,并进一步优化冷弯薄壁型钢构件的截面形式,适当改变空翼缘梁的截面构成参数,提出2种新型冷弯翼缘闭合截面．采用非线性有限元方法分析新型截面构件在轴压、弯矩和压弯荷载作用下的屈曲模式、变形特征、承载力、刚度等方面力学性能．分析表明：新型冷弯截面构件在承受轴压荷载时具有截...     

单轴对称圆孔蜂窝梁弯扭屈曲承载力的简化计算

对存在初始缺陷的单轴对称圆孔蜂窝梁的弯扭屈曲整体稳定性能进行参数研究,提出新的简化设计方法.通过ANSYS建立有限元模型,在与国外试验数据差距较小的基础上,分析不同孔高比、距高比及跨高比的单轴对称圆孔蜂窝梁中残余应力的影响程度及规律,并将各构件稳定承载力与规范公式所得当量单轴对称实腹梁的稳定承载力比较,发现跨高比与残余应力对稳定承载力的影响程度成正比;距高比、跨高比不同的单轴对称圆孔蜂窝梁与规范所得实腹梁的稳定承载力具有某种特定联系;提出单轴对称圆孔蜂窝梁稳定承载力折减系数,通过非线性回归分析得到稳定承载力简化计算公式.经有限元验证,对于任意参数的单轴对称圆孔蜂窝梁,此公式均能精确、快速地算得稳定承载力,在设计中可参考使用以提高设计效率.     

冷弯薄壁型钢梁的滞回性能研究

进行了八片方形冷弯薄壁型钢梁在反复荷载作用下的试验研究和非线性有限元分析,研究不同跨高比和截面宽厚比对冷弯薄壁型钢梁的滞回性能、延性和耗能能力等的影响。结果表明：冷弯薄壁型钢梁的荷载一位移滞回曲线比较饱满,没有明显的捏缩现象,具有很好的延性和耗能能力;跨高比和宽厚比会严重影响冷弯薄壁型钢梁的滞回性能和延性。建立的非线性有限元模型能够预测冷弯薄壁型钢梁的弹塑性行为和抗震性能,计算结果与实测结果基本吻合。     

薄壁加筋圆柱壳稳定性分析及优化

为了提高薄壁加筋圆柱壳的屈曲承载力,首先,对受轴压作用下的薄壁加筋圆柱壳进行了稳定性分析,在相同体积以及筋条截面尺寸固定的情况下,进行参数化建模,分析了筋条数目对失稳模态和屈曲承载力的影响;进而,以加筋圆柱壳屈曲承载力最大为目标,以纵向筋数目、蒙皮厚度以及筋条截面尺寸为设计变量,建立了加筋圆柱壳等体积下屈曲承载力最大的优化设计模型,用ANSYS APDL语言建立结构参数化分析流程,实现了结构的自动重分析,并采用遗传算法求解优化模型.结果表明:筋条数目对失稳模态和屈曲承载力有很大影响;筋条数目有一个合适的范围,加筋过少,结构的屈曲承载力低于等体积下不加筋光滑圆柱壳的屈曲承载力;加筋过多,随着筋条数目的增加,结构的屈曲承载力也呈下降趋势;通过求解优化模型,可获得最优的筋条数目及筋条截面尺寸,使圆柱壳的屈曲承载力得到显著提高.     

超高强度钢材焊接箱形轴心受压柱整体稳定的有限元分析

目的运用有限元方法分析计算超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定受力特性的准确性和可靠性,以及残余应力的影响.方法运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,准确模拟构件的残余应力和几何初始缺陷,对11个超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱的整体稳定受力特性进行了有限元分析,并与相应的试验结果进行对比.结果有限元计算得到的承载力与试验实测结果的平均误差〈4%,且标准差〈5%.残余应力的2种变化对整体稳定承载力的影响〈3%.结论建立的有限元模型能够准确地分析计算超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性,为进一步运用该有限元模型对各种截面的超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性进行分析计算提供了正确性依据.残余应力的变化对超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定承载力的影响较小,可能采用比普通钢材钢柱高的整体稳定系数.     

风吸力作用下仅考虑扭转约束的Z形和C形檩条弹性弯扭屈曲

采用开口薄壁构件理论,在忽略屋面板对檩条侧向约束的条件下,根据上翼缘受扭转约束简支檩条的线性总势能方程,应用变分法推导无支撑Z形和C形檩条在风吸力作用下的扭转角及位移表达式.考虑屈曲前应力在檩条弯扭屈曲变形过程中产生的非线性应变能,根据其弯扭总势能方程,采用势能驻值原理推导无支撑Z形和C形檩条的临界弯矩表达式.扭转角、位移和临界弯矩表达式与采用ANSYS板壳单元建模的计算结果对比,吻合较好,表明理论公式精度较高,可用于工程设计.     

薄壁钢管混凝土节点的试验研究与ANSYS有限元分析

通过对8个薄壁钢管混凝土柱与组合梁节点的试验研究,得出了各类节点受力性能的一般规律.试验证明,各节点均具有较高的承载力和较好的延性性能.采用ANSYS有限元程序中的Solid 65单元和Shell 181单元分别来模拟组合梁、柱中的混凝土和薄壁钢板对节点进行有限元分析,理论计算结果与试验基本吻合.     

斜加劲梁柱节点翘曲传递分析

对梁和柱内的翘曲位移及其双力矩通过斜加劲的梁柱节点的传递提出了新的数学分析模型.新模型除了节点区内梁柱翼缘在自身平面内的弯曲变形和扭转变形外,还考虑了斜加劲肋在自身平面内的弯曲变形和扭转变形、节点区腹板对斜加劲肋扭转变形的约束,得到了节点域双力矩的计算公式.算例表明,提出的模型与板壳有限元方法结果符合非常好,而传统的梁柱翘曲连续的处理方法与板壳有限元方法结果有较大的误差.该方法可以简单地通过修改传统的薄壁杆件单元刚度矩阵来实现,并可以解决薄壁构件框架弯扭线性和非线性分析.     

三角形空翼缘梁的极限承载力试验研究

在澳大利亚学者提出的空翼缘梁（HFB）的基础上,提出一种新型三角形空翼缘梁（THFB）.通过试验测试,对三角形空翼缘梁（THFB）和传统H型钢梁在承受集中荷载作用下的破坏过程进行了对比,发现两种梁的破坏模态存在明显差异,THFB在集中荷载作用下极易发生局部屈曲,传统H型钢梁则易发生整体失稳,且THFB比传统H型钢梁具有较好的抗弯扭性能.利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟,试验结果和有限元模拟结果吻合较好.基于所建的有限元模型对THFB进行参数分析,参数主要包括上翼缘板厚、上翼缘板宽、腹板厚和钢材屈服强度,得出了THFB梁的承载力随不同参数的变化规律.最后结合理论和有限元分析,验证了Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式计算THFB极限承载力的适用性.研究结果表明：采用Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式对THFB的极限承载力进行验算是安全的,但偏于保守.     

变面门式刚架结构的几何非线性性能研究

近年来,变截面轻型钢结构门式刚架在钢结构建筑中应用相当广泛,本文基于有限元基本理论推导了考虑剪切变形影响的变截面平面梁元的切线刚度矩阵,并编制了相应的变截面门式刚架的几何非线性分析程序,应用该程序,讨论了屋面均布菏载作用下变截面门式刚架的整体稳定性能;给出了相应的菏载一位移曲线。     

带加强圈外压薄壁圆柱壳体稳定性有限元分析

壳体在承受外压的作用时,往往因稳定性不足导致壳体的变形或者压扁,为避免壳体变形,通常在壳体外表面或内表面设置加强圈,以增加壳体的稳定性。采用有限元分析软件ANSYS对有无加强圈的薄壁圆柱壳体进行特征值屈曲分析,探究外加强圈对圆柱壳体的影响。同时针对含有不等高度、不等加强圈厚度以及不等加强圈的间距的薄壁圆柱壳体进行稳定性分析,以便以后能够设计出更加合理的加强圈满足稳定性的要求。     

采用静-动力转换方法的钢管混凝土框架受火倒塌非线性分析

火灾引起结构倒塌不同于其他瞬时倒塌破坏（地震、冲击或者爆炸）,倒塌全过程为准静态平衡和动态相结合的复杂过程,为研究局部火灾引起的钢管混凝土框架结构倒塌破坏机理和动力响应,该文基于ABAQUS预定场和重启动功能,采用静-动力转换分析方法进行了某9层钢管混凝土空间框架结构体系的受火连续性倒塌非线性分析,研究该结构第6层角部开间受火场景下的倒塌破坏模态,分析梁、柱构件受火失效引起的空间框架全过程倒塌机理及整体结构产生动力效应的影响规律。框架梁柱构件均采用纤维梁单元,钢筋混凝土楼板采用分层壳单元,钢材和混凝土材性采用自定义开发的单轴本构材料模型。分析结果表明,静-动力转换方法可以较好地模拟结构受火倒塌全过程,节省了计算时间,又反映了结构的动力特性。由空间框架倒塌全过程示意可知,角柱失效后触发结构发生局部连续倒塌破坏,倒塌临界时间为253min(4.2h),结构整体的耐火时间远大于单个构件的耐火要求。火灾引起结构的局部倒塌全过程分为五个阶段：受火初期膨胀阶段,局部屈曲阶段,短暂平衡阶段,卸载阶段和局部倒塌破坏阶段,前四个阶段为长持时的准静态分析,第五阶段为非线性动力问题;此外,受火区域竖向构件失效后,其卸载传力路径遵循就近原则。