多跨系杆拱桥极限承载力影响因素

为求得多跨系杆拱桥的稳定系数和安全储备,建立了多跨系杆拱桥的空间有限元模型.通过特征值屈曲分析,得到了成桥状态各工况的稳定系数,并分析了横撑刚度和数量对稳定系数的影响.考虑材料非线性和几何非线性的极限承载力分析,得到了成桥状态的活载稳定系数和恒载稳定系数,并分析了风荷载、温度作用、荷载布置和初始缺陷对稳定系数的影响.分析结果表明,特征值屈曲分析可以提供结构极限承载力的合理估计,横撑刚度对结构稳定系数的影响较横撑数量的影响要大;极限承载力分析过程中主拱四分点部位和跨中部位首先进入塑性状态,静风荷载对结构稳定系数的影响较温度作用和初始缺陷的影响要大.     

单层椭圆抛物面网壳结构非线性整体稳定研究

以具有实际工程意义的30 m×30 m跨度的单层椭圆抛物面网壳为研究对象,利用ABAQUS有限元程序对网壳的非线性整体稳定性能进行系统的分析,同时考虑矢跨比、初始几何缺陷、约束条件等因素对该网壳稳定性的影响.考察网壳的屈曲模态、屈曲路径,求出了全过程曲线和极限稳定承载力,全面了解单层椭圆抛物面网壳整体非线性失稳的规律性.研究表明:网壳极限承载力随着结构矢跨比的增加而逐渐增大;对竖向荷载的不对称分布和初始几何缺陷比较敏感,半跨竖向的屈曲荷载仅为满跨竖向的70%;支座刚度的增大可适当提高网壳的极限承载力.     

钢-混凝土组合肋壳双重非线性稳定

对新型混凝土薄壳——球面钢-混凝土组合肋壳进行双重非线性稳定研究,考虑几何和材料双重非线性的影响,通过结构受力全过程分析,确定其极限承载力,并系统考察了分割频数、矢跨比和初始缺陷等因素对结构弹塑性稳定性能的影响,详细讨论极限荷载变化以及失稳区域的分布情况.通过大规模参数分析研究,较全面揭示了新型壳体结构的弹塑性稳定性能的规律性,得到各种情况下弹塑性极限承载力的变化趋势和结构的失稳形式,确定考虑初始缺陷影响后,极限承载力下降程度.     

有初始几何缺陷混凝土系杆拱桥极限承载力分析

分别采用线弹性分析方法、几何非线性分析方法、材料非线性分析方法及双重非线性(几何非线性和材料非线性)四种不同分析方法对某系杆拱桥进行极限承载力分析.通过比较四种方法的分析结果,研究非线性对于分析结果的影响.采用考虑双重非线性的分析方法对存在初始缺陷的系杆拱桥进行极限承载力分析.结果表明:此类拱桥应以双重非线性分析方法进行极限承载力分析计算;面内初始几何缺陷对极限承载力的影响要比面外初始几何缺陷的影响大;面外初始几何缺陷对于系杆拱桥极限承载力不会产生较大影响;我国规范所给拱肋施工允许偏差可适当放宽,同时对于轴线横向偏位的允许范围应该大于竖向偏位的允许范围.     

无铰抛物线拱非线性稳定分析

基于有限元程序ANSYS 10.0,在考虑几何非线性和材料非线性的情况下,对无铰抛物线拱进行了弹塑性全过程的屈曲分析.将拱结构初始缺陷和矢跨比作为主要影响因素,分析其对无铰抛物线拱失稳极限承载力的影响.计算结果表明：无铰抛物线拱初始缺陷越大,失稳极限承载力越小;随着矢跨比的增大,无铰抛物线拱失稳极限承载力先增大后减小,存在一个理论上的最优矢跨比.     

稳态流下非饱和土地基承载力模型

基于稳态流下吸应力剖面具有明显非线性的特点,在仅考虑竖向稳定渗流条件下,通过补充普朗德尔假定,利用刚体平衡方法,推导普朗德尔滑动面范围内滑动土体稳态流下非饱和土地基的极限承载力计算模型,讨论地下水埋深和比流量变化对地基极限承载力的影响。结果表明：稳态流下非饱和土地基的极限承载力公式考虑了滑动土体内吸应力非线性分布特点对地基极限承载力的影响;当土体内吸应力随深度增加呈现出先增大后减小的特点时,地基极限承载力随地下水位埋深减小呈先减后增的变化趋势;当滑动土体内吸应力随比流量的增大呈现先增后减的趋势时,地基极限承载力呈现先减小再增大的变化趋势。     

施威德勒穹顶弹塑性稳定性能研究

通过有计划地对400余例实际尺寸的施威德勒型单层球面网壳进行双重非线性全过程分析,求得网壳的极限承载力,系统地考察了初始缺陷和荷载不对称以及考虑材料非线性等因素对网壳稳定性能的影响,较全面了解了施威德勒型单层球面网壳弹塑性稳定的规律性,为此类网壳结构的工程实践提供了理论依据和设计参考。并得出以下几点结论:(1)为保证网壳的安全性,网壳的极限承载力应由双重非线性全过程分析确定。(2)施威德勒穹顶属于缺陷敏感性结构。(3)竖向荷载不对称分布对网壳极限承载力影响较小。(4)工程设计中应适当考虑支承条件变化对网壳极限承载力的影响。     

大矢跨比单层球面网壳弹塑性稳定性研究

为全面认识大矢跨比球面网壳的弹塑性稳定性能,利用ANSYS软件及自编的前后处理程序,有计划地针对132例矢跨比为1/4~1/2的大矢跨比K8型单层球面网壳进行弹性、弹塑性稳定性能分析,并对其中典型算例的塑性发展状况进行了全过程跟踪分析.考察网壳的屈曲模态,分析初始几何缺陷、矢跨比,材料非线性对网壳弹塑性极限承载力的影响.结果表明:大矢跨比情况下,初始几何缺陷的存在会导致网壳的极限承载力降低50%,材料非线性对极限承载力的影响也明显大于常用矢跨比情况,塑性折减系数达到0.4,网壳极易发生提前失稳.建议适当提高大矢跨比球面网壳的稳定性验算安全系数.     

门式刚架轻钢结构抗风安全性分析

为研究门式刚架轻钢结构的抗风安全性,采用风洞试验方法对我国东南沿海一轻钢厂房的表面风压进行了测试;将测得的2个最不利风向的风荷载以及按荷载规范和轻钢规程计算的风荷载分别施加于厂房的不利刚架上,采用基于板壳单元的精细有限元方法对刚架进行极限承载力的非线性分析,获得了在不同工况下刚架的抗风安全系数和风致破坏形态.通过对刚架在不同风荷载取值下的风致安全性进行了对比分析,结果显示:该刚架在轻钢规程的风荷载以及由风洞试验得到的极端风荷载作用下的安全冗余度偏低;而直接按荷载规范的风荷载(未含阵风系数)进行抗风设计可能会使承重刚架偏于不安全;通过一种简便的节点构造改进措施,可以明显提高刚架的风致安全性,并降低刚架对初始缺陷的敏感性.     

基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则的浅埋倾斜条形锚板抗拔承载力预测

针对浅埋倾斜布置条形锚板抗拔承载力计算问题,采用非线性Mohr-Coulomb破坏准则,构造了极限上拔荷载作用下锚板上方土体的非对称曲线型破坏机制,并利用极限分析上限法与变分原理,导出了浅埋倾斜条形锚板极限抗拔力和土体破裂曲线的理论解析解。在此基础上,分析得到了埋深比、布设倾角、非线性系数、初始粘聚力、土体重度和地面超载等参数对锚板极限抗拔力和土体破裂范围的影响规律,并将结果和现有研究成果进行了对比分析,进一步验证了理论方法的有效性。研究表明,锚板倾角和土体非线性系数对倾斜条形锚板极限抗拔力和土体破裂范围影响较为显著,在工程设计及施工中应予以足够重视。     

地铁隧道衬砌管片承载力试验及计算方法

对3片1∶1衬砌管片进行了承载力试验,分析了试验加载方式和配筋率对钢筋混凝土衬砌管片破坏机理、极限荷载的影响。试验结果表明,轴力作用可以有效提高衬砌管片的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载;衬砌管片屈服荷载和极限荷载随配筋率的提高而提高,但提高幅度不大,而配筋率的提高对开裂荷载基本无影响。根据衬砌管片偏心受压破坏模式,给出了衬砌管片偏心受压承载力实用计算公式。     

不锈钢箱形轴压构件整体稳定承载力计算方法

为研究不锈钢箱形轴心受压构件的整体稳定承载力,采用ANSYS软件对不锈钢轴压构件进行了非线性有限元模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了所建立有限元模型的准确性.采用经试验验证的有限元模型对具有不同几何初始缺陷、截面残余应力、材料力学性能、截面宽厚比以及长细比的不锈钢工字形构件整体稳定承载力进行参数分析,通过对比确定材料力学性能、构件长细比为影响承载力的主要因素.在参数分析的基础上,依据稳定承载力的数据拟合结果提出了整体稳定系数的三段式计算方法,并将该计算方法与试验数据进行对比,表明此计算方法可较准确地计算不锈钢箱形轴心受压构件整体稳定承载力.     

高强度钢柱高温下承载力数值计算方法

为了对建筑结构中的高强度钢柱进行抗火设计和验算,研究了高强度钢柱在高温下的极限承载力数值计算方法。考虑温度对高强度钢材力学性能的影响,对常温下钢柱极限承载力计算的逆算单元长度法进行了延伸,编制了高温下高强度钢柱极限承载力计算程序。采用编制的程序对高强度钢柱在高温下的极限承载力进行了计算,将计算结果与有限元分析结果进行了比较,发现吻合较好。分析了高强度钢柱截面上残余应力的分布模式,残余应力大小和柱的初始几何缺陷对极限承载力的影响。研究表明：延伸的逆算单元长度法可以用于高强度钢柱高温下极限承载力计算,残余应力的分布模式和大小对高温下高强度钢柱的极限承载力影响很小,而初始几何缺陷对极限承载力的影响较大。     

工业建筑重型钢桁架整体稳定性分析

为分析重型钢桁架在横向荷载作用下的整体稳定性能,进而得到稳定系数公式,利用ABAQUS有限元程序建立基于梁单元的数值模型,通过线性屈曲分析确定钢桁架的合理初始几何缺陷形式,对其进行非线性荷载-位移全过程分析.探讨了上弦杆不同面外长细比时桁架整体稳定系数的变化规律,给出了稳定系数表达式,结果表明上弦杆面外长细比越小稳定系数增长的越快,并逐渐由失稳破坏转为强度破坏.在此基础上,考虑钢材强度、上下弦杆截面不等、荷载作用位置以及高跨比等参数的影响,以包络线形式给出了修正后的桁架整体稳定系数公式.     

Behavior of galvanized steel tube subjected to web crippling

The details of a research study of galvanized steel tube under web crippling were presented. A total of 48 galvanized steel square hollow sections with different boundary conditions, loading conditions, bearing lengths and web slenderness were tested. The experimental scheme, failure modes, load-displacement curves and strain intensity distribution curves were also presented. The investigation was focused on the effects of loading condition, bearing length and slenderness on web crippling ultimate capacity, initial compressive stiffness and ductility of galvanized steel tube. The results show that web crippling ultimate capacity increases linearly with the increase of the bearing length under EOF and IOF loading condition. In the end-flange and ITF loading conditions, strain intensity of the centerline of web reaches the peak and decreases progressively from central web to flanges. Finite element models were developed to numerically simulate the tests in terms of failure modes and ultimate capacity. Web crippling strength of galvanized steel tube increases linearly with the increase of the ratio of the bearing length to web thickness and decrease of web slenderness. The effect of ratio of galvanized layer thickness to web thickness on web crippling strength is small. Based on the results of the parametric study, a number of calculation formulas proposed in this work can be successfully employed as a design rule for predicting web crippling ultimate capacity of galvanized steel tube under four loading and boundary conditions.     

Evaluation of survival stow position and stability analysis for heliostat under strong wind

Heliostats are sensitive to the wind load, thus as a key indicator, the study on the static and dynamic stability bearing capacity for heliostats is very important. In this work, a numerical wind tunnel was established to calculate the wind load coefficients in various survival stow positions. In order to explore the best survival stow position for the heliostat under the strong wind, eigenvalue buckling analysis method was introduced to predict the critical wind load theoretically. Considering the impact of the nonlinearity and initial geometrical imperfection, the nonlinear post-buckling behaviors of the heliostat were investigated by load-displacement curves in the full equilibrium process. Eventually, combining B-R criterion with equivalent displacement principle the dynamic critical wind speed and load amplitude coefficient were evaluated. The results show that the determination for the best survival stow position is too hasty just by the wind load coefficients. The geometric nonlinearity has a great effect on the stability bearing capacity of the heliostat, while the effects of the material nonlinearity and initial geometrical imperfection are relatively small. And the heliostat is insensitive to the initial geometrical imperfection. In addition, the heliostat has the highest safety factor for wind-resistant performance in the stow position of 90-90 which can be taken as the best survival stow position. In this case, the extreme survival wind speeds for the static and dynamic stability are 150 m/s and 36 m/s, respectively.     

楔形桩极限承载力提高机理研究

为研究楔形桩相对等截面桩极限承载力提高机理及楔形桩承载力特性,根据楔形桩承载机理,将楔形桩承载过程分为弹性变形及挤土塑性破坏两个阶段.假定桩侧土体发生破坏时应力状态服从Mohr-Coulomb强度准则,建立了楔形桩承载力分析模型并提出了楔形桩极限承载力增大系数.通过与已有模型试验分析对比验证了本文解答的合理性.在此基础上,分析了承载力增大系数随桩-土界面摩擦系数、楔形角、静止土压力系数等的变化规律.结果表明:本文理论方法能够较为合理地预测楔形桩的极限承载力;楔形桩承载力增大系数随着土体内摩擦角增大而增大,但随着静止土压力系数和桩-土界面摩擦系数增大而减小,同时存在特定的楔形角使得承载力增大系数最大.     

单层穹顶网壳的荷载—位移全过程及缺陷分析

本文以一个50m跨度的单层穹顶网壳为例进行了荷载-位移全过程分析。研究了该结构作为理想壳的非线性稳定性能,以及加荷过程中若干次屈曲后的结构位移形态。单层穹顶网壳对初始缺陷极为敏感,而实际结构不可避免存在初始安装偏差;但国内外对有缺陷网壳的稳定问题研究很少。本文在这方面做了探索,提出两种缺陷分析方法,并论证了这些方法用于实际工程的可行性。     

扣件式模板支架初始缺陷分类及缺陷敏感度分析

针对扣件式钢管模板支撑体系坍塌事故频发的现状,分析初始缺陷对架体承载能力的影响及计算方法。按照初始缺陷的性质,将扣件式钢管模板支架常见缺陷分为力学缺陷、材料缺陷、搭设参数偏差和初始几何缺陷共4大类。根据某真型实验架体建立有限元模型,分别计算架体承载能力对4类初始缺陷的敏感程度。针对较为敏感的初始缺陷,提出通过在现行规范承载力验算公式中加入修正参数来考虑材料初始缺陷的方法,以提高扣件式钢管模板支架极限承载能力计算的精度。