梁腹板在弯、剪及局压复合应力作用下的屈曲分析

前钢结构设计规范(GBJ17-88)中有关梁腹板局部稳定的计算公式来源于无限弹性完善板假定,一方面与构件的实际工作状况有一定出入,导致计算结果有时会偏于不安全;另一方面又与有关钢梁在弯曲正应力作用下的强度计算公式(考虑截面部分进入塑性)不相协调。针对《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中变动较大的该部分设计内容,本文考虑不同的几何参数及弯、剪、局压多种应力组合工况对梁腹板屈曲临界应力的影响,对修订后的梁腹板横向加劲区格在复合应力作用下的临界应力相关公式进行了大量的有限元分析与计算;重点考察了梁腹板的弹塑性屈曲性态及规范(GB50017-2003)中相关公式所具有的设计安全度。在此基础上,提出相关的设计建议,供规范修订及进一步的研究参考。     

吊车梁腹板局部承压应力的计算公式探讨

介绍吊车梁腹板承压应力的计算。采用半无限平面上无限长Timoshenko梁承受法向集中力的力学模型,并考虑梁上轮压荷载作用点高度的影响,得到的计算结果与有限元分析结果接近。将结果与目前吊车梁腹板承压应力计算的等效承压长度简化计算公式进行对比,通过公式计算结果之间的比值可以了解吊车梁腹板的承压强度计算中利用塑性开展的程度。     

同时设纵横向加劲肋的梁腹板在复合应力作用下的屈曲分析

《钢结构设计规范》(GB50017-2003)对组合钢梁腹板的局部稳定作了较大改动,通过建立有限元模型并考虑多种几何参数及应力组合,对腹板的局部稳定进行了深入的研究,对新规范中梁腹板区格在复合应力作用下的局部屈曲相关公式进行了验证,重点分析了此相关公式的安全度。     

纯弯状态下蜂窝梁腹板的弹性屈曲分析

针对蜂窝梁腹板在纯弯状态下的弹性屈曲,利用ANSYS 15.0建立了正六边形孔蜂窝梁腹板在纯弯应力状态下的有限元模型,研究了四边简支开孔板在纯弯状态下的屈曲模式,分析了孔洞尺寸对蜂窝梁腹板屈曲临界应力的影响,提出了纯弯状态下开孔板的屈曲系数计算式,得到了蜂窝梁开孔腹板在纯弯状态下的高厚比限值。研究表明:无论开孔数目多少,最大平面外屈曲位移均发生在各孔洞正上边缘;蜂窝梁腹板高厚比是影响开孔板屈曲临界应力的主要因素,建议对于弯矩作用较大的蜂窝梁腹板取0.6γ0.7,0.7β0.8的孔洞尺寸容易实现稳定性和经济性要求(γ为孔高比,β为距高比);拟合出的开孔板屈曲系数计算式,误差不超过5%,具有良好的精度。     

工字型钢-混凝土连续组合梁腹板局部稳定性分析

对工字型钢-混凝土连续组合梁负弯矩区腹板在复合应力作用下的力学性能进行了研究,提出了工字型组合梁腹板在复合应力作用下的局部稳定性计算模型,建立了相应的临界屈曲应力计算公式;基于组合梁腹板的稳定性特点和偏心受压与剪切作用下的相关方程,计算了工字型组合梁腹板在复合应力状态下的弹性屈曲因数,采用势能驻值原理分析得出了连续组合梁负弯矩区腹板稳定的临界应力,提出了弹性受力阶段腹板不设横向加劲肋的高厚比限值。计算结果表明：该计算方法有广泛的适用性,且大部分情况下可以放宽对高厚比的限制,为工字型组合梁负弯矩区腹板的合理优化设计提供了参考。     

梁腹板开有圆孔时的稳定问题研究

钢梁腹板开孔的局部稳定问题非常重要。本文作者研究了开有圆孔的腹板在剪切、弯矩单独作用下的屈曲应力以及相应的腹板高厚比限值。此外，分析了腹板在剪切、弯矩共同作用下的屈曲问题，得出了用相关公式表示的屈曲条件。     

边界条件对局部腐蚀腹板剪切破坏性能的影响

根据腐蚀的腹板和腹板边界条件,对局部腐蚀腹板的剪切屈曲性能和剪切破坏模式进行了非线性有限元分析。定量地评估腐蚀腹板的剪切屈曲性能时,考虑了腹板的纵向腐蚀和三角形腐蚀。对于纵向腐蚀的腹板,取决于其腐蚀条件以及边界条件,其剪切屈曲强度仅减少约9%~16%。腹板的斜拉应力扩展、逐渐变得扭曲,出现明显的剪切-屈曲形状。特别地,在腹板-翼缘分开的边界条件下,出现平面外位移,变形表现出不同的剪切屈曲模态,例如,上部出现斜拉应力、下部出现较大的三角形横向位移。另一方面,三角形腐蚀对腐蚀腹板的剪切屈曲抗力影响甚微,因为这种腐蚀模型不影响腹板的斜拉应力。     

焊接工形梁在纯弯作用下的腹板高厚比限值及极限承载力

通过对腹板在弹性、弹塑性阶段受力特征的研究 ,推导出腹板不设置加劲肋时的高厚比限值 ;采用非线性有限元分析了腹板屈曲后梁的极限承载力 ,并给出了便于设计应用的简化强度验算公式 ;分析中考虑了初始弯曲和残余应力的影响。推荐公式可供《钢结构设计规范》(GBJ1 7- 88)作补充参考。     

蜂窝梁腹板在纯弯状态下的屈曲性能分析

基于薄板的屈曲理论,通过有限元分析软件ANSYS对带有六边形孔的腹板进行了屈曲性能分析,求出了单孔及双孔腹板在纯弯作用下的屈曲形态和屈曲系数,并最终拟合了板的高厚比限值,可供有关设计参考。     

螺栓连接蜂窝梁孔间腹板屈曲性能分析

对螺栓连接蜂窝梁和传统焊接连接蜂窝梁孔间腹板屈曲性能进行了有限元分析,研究了不同连接方式对蜂窝梁孔间腹板的屈曲模式和屈曲承载力的影响。蜂窝梁上、下两部分的连接方式包括焊接、螺栓搭接连接、借助单侧拼接板对接和借助双侧拼接板对接等。结果表明,在相同截面尺寸、相同孔径的情况下,螺栓连接蜂窝梁具有与传统焊接蜂窝梁相同的受力性能;除借助单侧拼接板对接的蜂窝梁发生孔间腹板局部压屈与费氏剪力塑性铰耦合破坏外,其它连接方式的蜂窝梁均发生孔间腹板屈曲破坏;不同的连接方式对蜂窝梁的屈曲承载力影响较小,但对其跨中挠度影响较大。     

不设加劲肋的钢梁腹板高厚比限值研究

分析处于统剪状态的钢梁腹板临界应力,综合考虑弯曲应力和局部压应力及翼缘时腹板的约束作用,得出不需设呈置加劲肋时腹板的高厚比限值计算公式,并给出便于设计应用的硬板高厚比限值简化计算公式．     

吊车梁的轮压荷载支承长度计算

吊车轮压荷载沿吊车梁跨度方向的支承长度就是吊车车轮与轨道的接触面宽度 ,吊车车轮与轨道的接触问题更接近平面应力问题。采用平面应力弹性理论 ,对吊车车轮与轨道的接触区尺寸进行理论分析。取在压力荷载作用下沿母线接触的两有限长度钢圆柱作为分析模型 ,得出了车轮与轨道的接触区宽度的计算公式。在 5 0 0 0kN长柱试验机上进行了轮子与轨道的接触问题试验 ,接触区尺寸采用印痕法测量。接触区宽度的试验值与理论计算值非常接近 ,可见分析接触问题的方法是合理的。得出的计算公式可供设计时参考。     

波纹腹板工字钢强度数值分析

对一种新型结构型材———波纹腹板工字钢进行静载强度及刚度的数值分折,通过分析波纹腹板在静载作用下的主要强度及刚度性能并与普通平腹板进行比较,揭示波纹腹板在静载作用下的应力分布及刚度特点,为型材结构的研究开发提出一种新的设想,并为进一步开展这方面的研究提供参考。     

工业化装配式高层钢结构桁架梁腹杆计算长度分析

新型工业化装配式高层钢结构桁架梁不同于传统形式的桁架梁,需将其简化成单根腹杆和弦杆进行稳定验算,并用计算长度来体现结构其他部分的约束作用,但GB 50017—2003《钢结构设计规范》对桁架梁腹杆计算长度的规定比较保守。基于刚架弹性稳定理论以及相关研究成果建立的四弯矩方程,综合考虑桁架梁的上、下弦杆刚度和节点刚度对腹杆计算长度的影响,推导出杆件群的稳定方程以及腹杆计算长度系数的计算方程。通过MATLAB编程解超越方程,列出了可供工程设计使用的桁架梁腹杆计算长度系数用表。针对节点实际刚度与计算刚度不一致的现象,推导了腹杆-弦杆半刚性节点刚度与节点弯矩关系的解析公式,求出节点刚度,便于设计人员查表得到相应计算长度系数。     

焊接吊车梁疲劳裂缝加固试验研究与分析

对包钢棒材厂钢坯跨重级工作制钢吊车梁腹板上部裂缝进行全面检测与评估,并对1根具有代表性的吊车梁进行疲劳模拟试验和研究,发现疲劳裂缝大多出现在小车频繁移动的区域、轨道偏离导致卡轨严重的区域及轨道接头处产生冲击荷载区域。研究结果显示:裂缝端部打孔及角钢加固是较为有效的加固方法。     

Beitrag zur Ermüdungsfestigkeit von Schienenschweißnähten bei Kranbahnen

Contribution to characteristic fatigue strength of rail welds at crane runways. The rail welds of today's crane runways usually made of hot rolled sections for light and moderate crane service form one important critical detail of the wheel load application in terms of fatigue. The characteristic fatigue strengths and the definition of damage accumulation under combined loading of the national and European design codes are compared and critically discussed. Moreover, an overview of the few, available test data of large‐scale specimens on the fatigue behaviour under wheel load application is given, and own girder tests are presented.     

框架中钢-混凝土组合梁等效弯曲刚度分析

框架体系中钢-混凝土组合梁在竖向荷载作用下的弯矩分布与其端部受到的转动约束条件密切相关,而在不同方向的弯矩作用下钢-混凝土组合梁截面的抗弯刚度又差异显著,要准确计算竖向荷载作用下组合梁的等效弯曲刚度必须充分考虑与其相连的梁柱变形对其端部产生的转动约束刚度。为此,采用分段刚度建立了框架中组合梁在竖向荷载作用下的等效刚度理论模型,以考虑不同梁端转动约束刚度和楼板开裂前后截面特性差异对组合梁等效刚度的影响。基于该理论模型进行大量参数分析,识别了影响组合梁等效弯曲刚度的两个关键参数：转动约束刚度与组合梁开裂后截面线刚度比和梁开裂前后截面刚度比,得到了随梁端转动约束刚度变化的组合梁在竖向荷载作用下等效弯曲刚度的计算式,在框架设计时可方便地用于组合梁的变形和内力计算。对比讨论了建议算式和现有公式的计算精度,并通过结构体系的非线性全过程分析对建议算式的合理性做了进一步的验证。理论分析和设计方法表明,组合梁在竖向均布荷载作用下的负弯矩区长度和等效弯曲刚度随梁端转动约束刚度变化显著,必须在设计中准确考虑。