深圳北站组合梁抗弯承载力及稳定性分析

组合梁结构设计中组合梁抗弯承载力和稳定性分析很关键,但由于组合钢梁上翼缘受混凝土楼板约束,其稳定性分析与我国现行规范规定的自由梁弯扭失稳不同,我国钢结构设计规范采用的限制绕弱轴长细比的方法,未能考虑楼板作用,不适用于组合钢梁的稳定性分析。此外,在连续组合梁的负弯矩区,局部稳定问题也要考虑。结合深圳北站站房楼盖组合梁的工程实例,采用我国规范GB 50017-2003《钢结构设计规范》和欧洲规范EC4,对组合梁抗弯承载力和稳定性进行了计算分析,同时,利用通用有限元程序SAP 2000对组合钢梁进行了弹性屈曲分析,进一步确保了结构的安全。所采用的计算分析方法可供同类工程参考。     

钢—混凝土组合梁的等效截面

基于材料的弹塑性本构关系,提出了以保证截面抗弯刚度相等为原则的截面换算方法,将钢—混凝土组合梁等效成工字型钢梁。采用结构计算软件ETABS研究等效后钢梁的静力特性,并与GB 50017-2003《钢结构设计规范》给出的将截面上翼缘宽度按照材料模量比等效的截面换算方法进行了比较,发现在均布荷载和集中荷载作用下,用本文提供的换算方法等效出的钢梁截面,较之钢结构规范,能够更为精确地模拟组合梁的真实静力特性。因此,用这种方法等效后的组合梁截面,能够更为有效地用于组合框架和新型结构体系的研究分析。     

H型钢梁整体稳定承载力表的编制及应用

结合H型钢梁在工程实际中大量应用的主要荷载形式,依据现行的GB 50017—2003《钢结构设计规范》,通过对GB 50017—2003相关条文的具体分析,找出与承载力相关的主要函数变量,进而就梁强度及稳定承载能力进行程序化计算,并结合工程中遇到的主要荷载形式编制出相应的承载力表,以方便结构设计人员快速进行钢梁构件稳定性检验。同时说明H型钢梁承载力表格的应用方法和注意事项。     

预制装配式栓钉连接件钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为适应装配式钢-混凝土组合梁的发展需求,研究了一种将带预制圆孔的混凝土板与焊接栓钉的钢梁安装定位后在预制孔内后填充高强填料以固定栓钉连接件的预制装配式钢-混凝土组合梁.通过梁式试验获得了该装配式组合梁的极限承载力、荷载-挠度关系、界面荷载-滑移关系以及截面的应变分布规律,并与普通现浇钢-混凝土组合梁的抗弯力学性能进行对比分析.试验结果表明:所有试验组合梁均发生弯曲破坏,装配式组合梁的抗弯承载能力稍好于现浇组合梁的抗弯承载能力.采用我国现行《钢结构设计标准》(GB 50017-2017)的组合梁塑性设计方法可偏于安全地预测该装配式组合梁的抗弯承载力,该组合梁预制装配方法可供工程实践参考.     

钢-高强混凝土组合梁抗弯承载力分析简

钢一高强混凝土组合梁抗弯承载力对组合梁的结构设计很关键,组合钢梁上翼缘受混凝土楼板约束,其承载力必然受到一定的限制,此外,在连续组合梁的负弯矩区,随着荷载不断增加,整个结构就会在负弯矩区会发生破坏。为了避免这种破坏的产生,利用通用有限元程序SAP2000对钢一高强混凝土组合梁进行了抗弯承载力分析,研究其抗弯承载力的影响因素,有利于确保钢一高强混凝土组合梁的安全性。     

交叉加劲肋对工字型钢梁稳定承载力的影响

薄壁钢梁广泛应用于工业与民用建筑中,对薄壁钢梁的稳定分析,是结构设计领域的一个重要课题。利用大型有限元分析软件ANSYS11.0对设置交叉加劲肋的梁进行非线性有限元分析,在大量有限元分析的基础上,通过对GB50017—2003《钢结构设计规范》中梁的整体稳定性系数φb进行修正,提出交叉加劲肋梁的整体稳定性系数φc,最后给出了简单易行、安全可靠的弯扭屈曲承载力的实用计算公式。     

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。     

热轧方、矩钢管受弯构件承载力设计方法研究

研究非薄柔截面热轧方、矩钢管抗弯极限承载力的设计方法。采用有限元软件ABAQUS建立考虑残余应力和初始几何缺陷的数值模型,并将有限元结果与已有试验结果进行对比,以验证有限元模型的可靠性。参数分析了不同截面高宽比以及板件宽厚比的受弯构件极限承载力,将有限元计算结果与欧洲EN1993-1-1标准、美国ANSI/AISC 360-10标准和GB 50017—2003《钢结构设计规范》以及连续强度设计方法计算结果进行对比,研究当前各类设计方法的精确度。EN 1993-1-1和GB 50017—2003利用构件板件宽厚比,将截面抗弯承载力划分为塑性设计以及弹性设计,计算结果存在不连续性;ANSI/AISC 360-10采用以屈服弯矩和塑性弯矩为端点的线性设计曲线对非厚实截面进行设计,使得非厚实截面的部分计算结果偏于保守。基于数值计算结果建议将GB 50017—2003中热轧方、矩钢管的塑性发展系数取为1.1。相比现有标准中推荐的设计方法,连续强度设计方法反映了截面承载力与构件截面正则化宽厚比的连续关系,并能有效利用非薄柔构件钢材应力强化的性能,是一种更为有效的设计方法。     

双轴对称截面悬臂钢梁稳定性分析

对两种双轴对称工字型悬臂钢梁——悬臂端无封口梁和悬臂端有封口梁,在组合荷载作用下的稳定性进行了研究,分析表明:对于无封口梁的双轴对称工字型悬臂钢梁,可以按GB 50017—2003《钢结构设计规范》方法进行整体稳定计算,精度能够满足工程设计要求;而对于有封口梁的双轴对称工字型悬臂钢梁,按GB 50017—2003方法进行稳定计算,误差较大,该方法欠妥。分析给出了有封口梁的双轴对称工字型悬臂钢梁的稳定计算式,可供工程设计参考。     

钢筋桁架楼承板钢组合梁抗火性能试验研究

为了得到钢筋桁架楼承板钢组合梁考虑栓钉剪切滑移后的抗火性能,采用火灾试验炉对2个四点加载的足尺钢筋桁架楼承板钢组合梁进行抗火性能的试验研究,其中一个试件按照完全抗剪设计,另一个试件按照部分抗剪设计。组合梁楼板采用钢筋桁架楼承板现浇混凝土组成,钢梁为焊接H形钢梁,抗剪键采用栓钉。试验在ISO834标准升温条件下进行,测量得到组合梁的温度分布、跨中挠度、端部楼板和钢梁的相对剪切滑移位移及楼板的掀起位移。并采用现行《组合结构设计规范》对试件高温下极限承载力进行计算。研究表明,常温下完全抗剪设计的钢筋桁架楼承板钢组合梁具有较好的抗火性能,但高温下仍会产生剪切滑移和掀起位移,部分抗剪连接钢筋桁架楼承板钢组合梁火灾下容易发生混凝土板压溃破坏,且梁端栓钉顶部产生较大的裂缝,在钢梁下翼缘温度超过600℃时,组合梁的变形很快超过完全抗剪连接设计的组合梁,且梁端相对滑移和掀起位移远大于完全抗剪连接设计的组合梁。考虑高温下材料力学性能后,现行《组合结构设计规范》中部分抗剪组合梁承载力计算结果与本文试验结果吻合较好。     

Q460高强钢焊接工字形截面简支梁整体稳定性能与设计方法研究

为研究Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定性能,对跨中无侧向支撑的3个双轴对称和6个单轴对称焊接工字形截面简支梁进行了整体弯扭屈曲试验。实测了试件的截面残余应力和初始几何缺陷,并分析其整体弯扭屈曲变形特征和稳定承载力。建立考虑残余应力和初始几何缺陷的有限元模型对简支梁受力进行了模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,基于试验验证的有限元模型计算了大量不同截面尺寸和跨度的Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的整体稳定承载力。将试验和有限元参数分析结果与GB 50017—2017《钢结构设计标准》、JGJ/T 483—2020《高强钢结构设计标准》、欧洲规范EN 1993-2005和美国规范ANSI/AISC 360-2016的简支梁整体稳定系数公式的计算结果进行比较,结果表明GB 50017—2017和ANSI/AISC 360-2016的计算结果偏于不安全,EN 1993-2005的计算结果过于保守,JGJ/T 483—2020的计算结果偏于安全且最为接近。最后,在JGJ/T 483—2020的简支梁整体稳定系数计算公式基础上引入增大系数,并根据截面高宽比的不同,取用不同的长细比指数对该公式予以修正,修正后的公式更适用于Q460高强钢焊接工字形截面简支梁的设计计算。     

压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯承载力分析

连续组合梁在内支座处的负弯矩区段会出现混凝土板受拉、钢梁受压的不利局面。为了解组合梁在负弯矩作用下的受力性能 ,并为有关连续组合梁的进一步研究提供依据 ,对压型钢板组合梁在负弯矩作用下的抗弯性能进行了试验研究。结果表明 ,按照简化塑性方法计算压型钢板组合梁截面在负弯矩作用下的抗弯承载力与试验结果吻合很好 ;在其他参数不变的情况下 ,纵向钢筋配筋量对梁的延性、滑移及裂缝等都有较大的影响 ;此外 ,压型钢板对组合梁抗弯承载力的提高作用有限 ,设计时可以忽略不计。     

钢-混凝土组合梁挠度计算的修正换算截面法

修正换算截面法计算组合梁挠度的关键是求修正截面刚度ξEIeq中的截面刚度修正系数ξ,为此利用文献[1]考虑滑移效应的组合梁挠度理论计算公式,对4种典型荷载作用下组合梁截面刚度修正系数ξ进行了计算,结果表明:荷载形式对截面刚度修正系数ξ的影响很小,均布荷载作用下求得的截面刚度修正系数ξ可用于计算其他荷载作用下组合梁的挠度。根据7200根样本梁在均布荷载作用下的截面刚度修正系数ξ值的分析,得到了影响组合梁截面刚度修正系数ξ的关键参数λl,并以λl为变量,回归得到了截面刚度修正系数ξ的计算公式。通过变化设计参数对截面刚度修正系数ξ的影响分析,得到抗剪连接程度参数的变化对截面刚度修正系数ξ的影响最大,而混凝土强度等级和翼板宽度的变化对截面刚度修正系数ξ基本没有影响,由回归公式计算的截面刚度修正系数ξ值与理论公式、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)公式计算的截面刚度修正系数ξ值随各设计参数变化规律相同。与试验结果对比表明,截     

剖分T型钢压杆的弯扭屈曲试验研究

《钢结构设计规范》(GB50017—2003)提出对单轴对称截面钢压杆的弯扭屈曲需做单独验算。本文通过27根剖分T型钢压杆的试验,并借助有限元分析软件对剖分T型钢压杆的弯扭屈曲进行了几何非线性及材料非线性的有限元分析,分析时考虑了残余应力、几何缺陷的不利影响,在此基础上对规范(GB50017—2003)计算值、本文试验值、有限元计算值做了分析比较。研究结果表明规范(GB50017—2003)中单轴对称截面压杆的弯扭屈曲计算公式是安全可靠的。     

简支组合梁抗火性能参数研究

采用经试验结果验证的有限元模型,对影响组合梁抗火性能的混凝土板、钢梁、栓钉相关参数,混凝土板中的纵筋参数,钢梁防火保护层相关参数和荷载参数进行分析研究,得出了对组合梁抗火设计有益的结论。     

钢-混凝土组合梁设计规范比较

钢-混凝土组合梁由于具有结构高度小、自重轻、承载力高、刚度大、节省支模工序和模板、减少现场湿作业量、施工速度快、综合效益好等显著优点,目前已广泛应用于工业厂房、大跨结构、高层建筑和桥梁结构中。本文以工业厂房中钢-混凝土组合梁设计为例,详细阐述美国荷载-抗力分项系数设计规程(LRFD)、欧洲规范4(EC4)以及我国《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中组合梁的设计方法,比较了它们之间主要的不同点。最后分别应用这三种设计规范对某实际工程中一两跨的等跨连续组合梁进行了设计,得出了一些结论,供工程设计人员参考。     

塑性设计中钢梁临界侧向长细比的研究

在钢梁塑性设计中,当钢梁侧向长细比达到临界值时,需要设置侧向支撑以防止其平面外整体弯扭失稳,保证产生塑性铰的截面具有足够的转动能力。在实际工程中,钢梁真正需要的转动能力一般较低,而GB 50017—2003《钢结构设计规范》要求较高的转动能力标准致使计算公式获得的临界侧向长细比过小。为此,建立非线性有限元模型,对钢梁进行数值分析,计算结果与他人试验结果吻合良好。通过对钢梁端部弯矩比、腹板高厚比、翼缘宽厚比、残余应力分布和平面外边界条件5类影响参数的分析,并采用合理的转动能力标准,提出除翼缘宽厚比外涉及4类参数的临界侧向长细比简化计算公式。与GB 50017—2003的公式相比较,所提出的公式更加合理、符合实际。     

纯弯等截面焊接工字形梁整体稳定系数研究

为配合《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)的修订工作,对纯弯等截面焊接工字形梁的整体稳定系数进行了研究.对各国钢结构规范中关于梁整体稳定系数问题的计算方法做了简要介绍,比较了各国规范对焊接工字形梁稳定承载力计算结果的差异;对等端弯矩作用下等截面焊接工字形梁的整体稳定性进行了大量数值模拟,其中考虑了梁构件的初始几何缺陷及残余应力分布.通过对比正则化长细比与梁整体稳定系数曲线可以发现,现行《钢结构设计规范》在计算梁稳定系数时对构件初始几何缺陷及残余应力考虑不足,规范计算结果在较大范围内高出有限元数值分析结果,会产生不安全的设计,故建议对规范公式进行修订.     

体外索钢箱-混凝土组合连续梁非线性结构性能试验研究

钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂问题影响了这类组合结构向更大跨度的发展。针对这一问题,提出在钢箱-混凝土组合连续梁中施加体外索的新技术,研究施加体外索对增强钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的抗裂能力,提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的有利作用。经对比试验表明,施加体外索后,钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区混凝土的开裂荷载提高2.8倍,组合连续梁的弹塑性抗弯刚度提高29.35%,承载力提高34.67%,结构性能显著提高。在试验研究基础上,分析钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区局部力学性能与整体非线性结构性能的关系,揭示体外索提高钢箱-混凝土组合连续梁弹塑性结构性能的力学实质,给出承载力计算建议。研究结果可作为体外索钢箱-混凝土组合连续梁工程应用和理论分析的参考。