钢结构直接分析法在设计软件中的应用

钢结构设计中的直接分析法在结构力学模型中引入整体和杆件初始缺陷,在分析过程中考虑P-Δ和P-δ效应,并以求取的内力作为校核构件的依据,该方法具有概念清晰等优点。对比了常用设计软件的直接分析法应用方式,并基于SAP2000软件提供的OAPI接口,开发了可快速施加杆件初始缺陷的插件,并通过多个案例探讨了直接分析法的应用要点。通过对超静定结构进行弹塑性全过程分析,得到了结构的承载力设计值与承载力极限值,获得了结构系统杆件失稳→塑性开展→卸载的全过程响应。同时分别采用传统的一阶弹性分析法与直接分析法,求取结构达到承载力设计值时杆件内力分布,对比了两种方法求得内力的差异,并分析了产生差异的原因。所采用的编译方法和技术途径可为直接分析法在SAP2000等有限元软件中的应用提供参考。     

直接分析法在抗震设计中的运用

直接分析法因在分析过程中考虑二阶效应、结构整体和构件初始缺陷、材料弹塑性、节点连接刚性等对结构响应有影响的因素,使得分析和设计不再分离,从而在本质上解决了传统计算长度法在结构稳定性设计中的问题。该方法在众多规范中受到推崇,包括最新的钢结构标准（GB 50017-2017）。直接分析法生而具有的开放性,也使得它可以应用在结构分析和设计的各个阶段,实现各种性能目标。为满足直接分析法的要求,该文推导了基于力法的可直接考虑构件几何初始缺陷和残余应力的高性能梁柱单元。该单元还可考虑构件的弹塑性发展,具有很高的精度,一构件一单元即可适用于常见结构。该文探讨了直接分析法在抗震设计中的运用,提出基本分析框架,并指出分析中应注意的问题。     

框架柱计算长度系数法和二阶分析设计法的比较

对框架柱的计算长度系数法和二阶分析设计法详细列出设计公式进行了比较,详细解释了内力采用二阶分析时计算长度系数取110的原因。通过算例分析,对两种分析设计方法进行了定量比较。对框架的比较表明,纯框架如果采用二阶分析方法设计,无需计算稳定性。     

计算长度系数法在框架稳定分析中的运用

稳定问题一直是钢结构设计的关键问题之一。现行钢结构设计规范采用长度系数法计算钢框架结构的稳定性。本文推导了侧移和无侧移钢框架柱计算长度系数的公式,并对计算长度系数的公式进行了修正。     

计算长度系数法分析平头塔机起重臂的挠度问题

主要讨论平头塔机起重臂的挠度问题,分析变截面梁的弯曲特性。利用长度系数法推导将多节变截面梁等效为等截面梁的简化公式,使起重臂的变截面梁挠度问题简化成为等截面梁的挠度问题,提出了解决方案。通过与有限元法计算的挠度进行比较,检验这种方法的可行性和准确性。     

计算长度系数法分析平头塔机起重臂的挠度问题

主要讨论平头塔机起重臂的挠度问题,分析变截面梁的弯曲特性。利用长度系数法推导将多节变截面梁等效为等截面梁的简化公式,使起重臂的变截面梁挠度问题简化成为等截面梁的挠度问题,提出了解决方案。通过与有限元法计算的挠度进行比较,检验这种方法的可行性和准确性。     

基于二阶假想荷载法的直接分析法研究

《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）加入了直接分析法这一新的内容,此类方法重要的一环是对初始缺陷的考虑。重点总结归纳了中国、美国、欧洲的现行钢结构规范所推荐且运用方便的“假想荷载法”的基本原理。从假想荷载法的不足出发,针对《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）,令具有初始几何缺陷的轴压构件的最大二阶弯矩等效于受假想力作用的理想轴压构件的最大二阶弯矩,推导出了使用假想力来考虑初始缺陷的“二阶假想荷载法”的计算式,并从理论出发定义了计算式的物理量以及二阶假想荷载的施加方式。用直接分析法软件NIDA对经典算例进行二阶弹塑性分析。通过对比不同规范的计算结果,验证了该方法的可靠度以及“假想荷载法”的不足,让传统的设计理念更好地和直接分析法衔接起来,推动新设计方法的应用。     

直接分析法在索结构设计中的应用

在阐述《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)等规范中与空间网格结构设计相关的稳定性设计规定的基础上,以某跨度为155m的含预应力索的空间拱桁架结构为例,对直接分析法和有效长度法的设计结果进行了比较。结果显示,在按应力比1.1进行计算长度法设计之后,再采用直接分析法进行杆件的验算和截面微调,可以使结构既满足直接分析法稳定性要求,又可较应力比为1.0的计算长度法设计结果节省4.5%的用钢量。     

直接分析法在钢结构系列课程及实践环节中的探索与实践

目前国内外多本钢结构设计规范将直接分析法推荐为首选方法,但钢结构系列课程教材及教学内容相对陈旧,与现行规范及学科前沿发展脱节。基于此,围绕直接分析法,对钢结构系列课程及实践教学环节进行探索与实践。在理论教学环节,依据钢结构设计标准,采用由简入深、循序渐进的方法讲授直接分析法的原理与思路,突出该法中结构整体缺陷、构件缺陷、残余应力、节点刚度与杆件偏心等要点的基本概念及其实现方法;在实践教学环节,如本科生毕业设计/论文及大学生科创项目,精选与直接分析法相关的题目,通过实践锻炼使学生牢固掌握该法的核心思想与设计思路。通过探索与实践,学生掌握了直接分析法的设计思路,应用能力、实践能力、科学研究水平与创新能力得到了提升。     

二阶弹性分析法在高层钢结构设计中的应用

随着概率极限状态设计法的广泛应用，对铜框架进行二阶弹性分析的需要日趋增长，国家标准《钢结构设计规范}（GB50017—2003，以下简称《钢规》）就规定对有侧移的钢框架宜进行二阶弹性分析并提出了简化计算公式。本文通过一个工程实例说明二阶弹性分析方法在高层钢结构设计中的应用。     

An efficient method for computation of effective length factor of columns in a steel gabled frame with tapered members

The concept of effective length is the only available common method for column design without non-linear structural analysis. Researches conducted for determination of effective length of members are mainly related to a constant moment of inertia. In many investigations related to members with variable moment of inertia, finite element and approximation methods are used. In this article, a method for quick calculation of the effective length factor of columns in steel gabled frames with tapered members is proposed. The method is based on two-dimensionless design-oriented charts relating the critical load of columns to frame characteristics and boundary conditions. Since I-sections are usually used for gabled frames members, the variation of moment of inertia along the length of members (beams or columns) is approximated as a parabolic function. As is demonstrated in the Numerical studies, these calculations can yield, in a very efficient way, accurate results for gabled frames consisting of tapered elements.     

钢框架的高等分析与设计

针对现行钢结构设计方法的缺陷与不足,强调了钢结构进行高等分析与设计的重要性,从结构整体稳定的角度,基于改进塑性铰方法,讨论了计算单元、初始缺陷的引入、节点连接刚度及构件的塑性设计、结构的二阶分析等钢结构高等分析的基本要点,并对现行的极限状态分项系数法和改进塑性铰分析方法进行了比较。典型算例结果表明,采用的方法和NIDA-NAF程序可以准确考虑各种缺陷和设计参数对钢结构稳定承载力的影响,钢结构高等分析设计是现代钢结构设计发展的方向。     

竖向不规则多层轻钢结构强震倒塌预测的细胞自动机与相关向量机联合法

为提高竖向不规则多层轻钢龙骨复合剪力墙结构强震倒塌预测精度,对已有细胞自动机(cellular automata,CA)方法进行改进。通过增加邻居细胞数目,采用结构归一化Pushover分析后的层间位移定义细胞状态值。在此基础上,采用相关向量机(relevance vector machine,RVM)代替已有相似区域匹配准则,得到CA与RVM的联合预测方法。采用联合法和已有CA法,预测竖向不规则多层轻钢结构在强震作用下倒塌时的层间位移(倒塌判别准则为强震作用下多层轻钢结构层间位移角分别超过2.0%、3.5%、4.0%),并将预测结果与非线性时程分析结果对比。结果表明：联合法以弹塑性阶段特征值作为细胞状态值,且选用RVM建立细胞状态值与结构倒塌时层间位移的非线性关系,可准确预测竖向不规则多层轻钢结构倒塌时的层间位移,较原有CA方法预测精度明显提高。     

CA and RVM combined method for predicting collapse of vertical irregular mid-rise cold-formed steel structures under strong earthquake

为提高竖向不规则多层轻钢龙骨复合剪力墙结构强震倒塌预测精度，对已有细胞自动机(cellular automata，CA)方法进行改进。通过增加邻居细胞数目，采用结构归一化Pushover分析后的层间位移定义细胞状态值。在此基础上，采用相关向量机(relevance vector machine，RVM)代替已有相似区域匹配准则，得到CA与RVM的联合预测方法。采用联合法和已有CA法，预测竖向不规则多层轻钢结构在强震作用下倒塌时的层间位移(倒塌判别准则为强震作用下多层轻钢结构层间位移角分别超过2.0%、3.5%、4.0%)，并将预测结果与非线性时程分析结果对比。结果表明：联合法以弹塑性阶段特征值作为细胞状态值，且选用RVM建立细胞状态值与结构倒塌时层间位移的非线性关系，可准确预测竖向不规则多层轻钢结构倒塌时的层间位移，较原有CA方法预测精度明显提高。     

考虑集成刚度的桥墩计算长度分析

采用集成刚度法对桥墩计算长度进行数值分析,并确立简单计算表格,通过与有限元程序验证,指出其成果可用于工程设计,为今后桥梁设计中桥墩墩柱的稳定性计算提供了一定的参考依据。     

基坑SMW工法型钢起拔力的工程实测分析

基坑工程涉及岩土工程、结构工程等,其综合性强、影响因素多。SMW工法围护结构型钢拔出力受多种因素影响。基于对不同粘结长度及不同施工条件下型钢起拔力的实测结果整理,对比分析了不同粘结长度的SMW工法型钢起拔力及其影响因素,认为型钢粘结长度、侧向变形程度、型钢起拔先后顺序等是影响起拔力的重要因素,在工程设计、施工实际中,综合考虑多种因素对型钢起拔力的影响,可较顺利地实现型钢完整回收。     

Application of direct strength method to axially loaded perforated cold-formed steel studs: Longwave buckling

A study to develop methods of analyzing perforated, axially loaded, cold-formed steel studs using the provisions of the Direct Strength Method [3] was undertaken using the Finite Strip Method as the method for determining the elastic buckling stresses. Several different models were developed to represent the effect of the web perforations. The capacities predicted using the Direct Strength Method for the limit state of longwave buckling were compared to capacities calculated using the equations contained in the AISI Specification [3]. The limit states of local and distortional buckling are considered in a companion paper [12]. The validity of the results is discussed and recommendations are made for the use of the Direct Strength Method for these members.     

混凝土中钢筋的腐蚀机理及影响因素分析

钢筋腐蚀是钢筋混凝土结构的承载力及耐久性面对的一个难题,通过查找大量的文献探讨了钢筋混凝土结构中钢筋腐蚀的机理以及腐蚀对结构造成的破坏形式,分析了影响钢筋腐蚀的因素,最后从施工的角度上提出了防止钢筋锈蚀的建议。