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。     

考虑翼缘约束的工字形截面腹板的弹性屈曲

利用有限元方法（FEM）分析了非均匀受压的单块矩形板的弹性屈曲,总结了非均匀受压简支矩形板屈曲系数的各国规范计算公式;在此基础上,改变有限元模型的边界条件,提出了非均匀受压的非加载边固支矩形板的屈曲系数公式.对考虑翼缘嵌固约束作用的工字形截面腹板,指出了翼缘嵌固作用与传统转动弹簧约束的不同,引入翼缘自由扭转刚度和腹板抗弯刚度比值作为无量纲参数,得到了精度良好的考虑翼缘约束作用的非均匀受压腹板的屈曲系数计算公式.验证了传统的弯曲和剪切应力作用下弹性屈曲的相关公式在翼缘弹性嵌固条件下的腹板屈曲问题中的适用性.     

负弯矩作用下腹板开洞组合梁抗剪性能试验研究

摘 要：通过对集中荷载作用下的腹板开洞钢-混凝土组合梁进行试验,研究在负弯矩作用下腹板开洞组合梁的抗剪力学性能。试验结果表明：负弯矩作用下的组合梁腹板开洞后,其刚度和承载力降低很大,洞口区域截面不再符合平截面假定;破坏形式为洞口区混凝土板的剪切破坏,同时洞口区的部分栓钉连接件出现了拔脱现象;另外,通过增加混凝土翼板厚度可以提高负弯矩区腹板开洞组合梁的承载力,增加纵向钢筋配筋率可以提高其变形能力。研究为负弯矩区腹板开洞组合梁的有限元分析和实际应用提供了试验数据。     

负弯矩作用下预应力钢-混凝土组合梁的受力性能

为了研究负弯矩作用下预应力钢-混凝土组合梁的受力性能,对3根组合梁试件进行了单调静力试验,其中包括非预应力组合梁、体内预应力组合梁和体外预应力组合梁各1根.试验结果表明:负弯矩作用下,3根试件的破坏均始于钢梁的受压屈服,在达到极限承载力时钢梁均发生了屈曲;与非预应力试件相比,体内预应力试件的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别提高了120％、35.1％和18.7％;体外预应力试件的开裂荷载较非预应力试件提高了24％,但屈服荷载和极限荷载略有降低;施加体内预应力可以有效地提高组合梁的极限变形能力,但对延性不利;施加体外预应力对组合梁的延性有一定的提高作用.     

钢-混凝土组合箱梁底板局部屈曲失稳分析

针对钢-混凝土组合箱梁负弯矩区底板在受压状态下的力学性能,建立箱梁底板在受压作用下的局部稳定性计算模型.通过对一般箱梁底板在受压作用下的局部稳定性计算和对箱梁底板焊接栓钉并浇筑一定厚度的混凝土板的局部稳定性的计算进行对比分析.结果表明:在受压状态下现浇混凝土板可以有效防止发生局部屈曲失稳,降低箱梁底板的应力,提高弯矩区混凝土梁的极限承载能力.     

钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度

为了完善钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度设计的内容,在充分考虑混凝土开裂前后组合梁的受力状态和钢梁与混凝土接触面的相对滑移对裂缝宽度影响的基础上,根据钢梁和混凝土截面应力和应变的本构关系,推导出钢-混凝土连续组合梁负弯矩区裂缝宽度的理论计算公式,并进行了钢-混凝土组合梁裂缝宽度的试验研究.试验结果表明,在结构裂缝宽度容许范围内该理论公式计算结果与试验结果吻合良好.     

混合钢梁及其极限承载力研究

为全面了解混合钢梁的力学性能,作者采用数值分析的方法,研究了混合钢梁的受力过程、抗弯和抗剪极限承载力;分析了腹板屈服强度的影响,得到合理的腹板、翼缘板屈服强度比;推导出弹塑性变形计算公式;用量纲为一的坐标系统分析弯扭屈曲临界弯矩,确定了弹塑性区段的回归方程和起终点相对长细比界限值,解决了混合钢梁弯扭屈曲的计算问题;指出混合钢梁腹板抗剪利用屈曲后强度的可行性,对比了试验资料与现行各抗剪算法,推荐采用AASHTO 2004方法计算抗剪承载力,并对AASHTO 2004端腹板段抗剪计算提出了考虑腹板宽高比影响的修正计算式;通过有限元数值分析,提出了适用于混合钢梁的计入弯矩影响的剪力计算式.基本解决了混合钢梁设计中涉及的计算问题.     

纯弯曲工字形钢梁的腹板局部稳定及其与整体稳定的相关性

本文对均匀弯曲的弹性工字形钢梁进行了以下研究: (1)腹板的局部稳定以及受压翼缘对腹板屈曲的嵌固作用; (2)局部稳定与整体稳定临界应力接近的简支梁中,腹板局部稳定与梁整体稳定的相关性。     

预应力组合梁负弯矩作用下梁端转动能力研究

对组合梁施加体外预应力,可有效提高截面的开裂弯矩,然而预应力的施加降低了板件的屈曲临界应力,减小了截面的转动能力.考虑局部屈曲的影响,对体外预应力组合梁进行了有限元非线性稳定分析,计算结果与试验实测值吻合,通过改变截面参数对27组组合梁在不同综和力比,不同翼缘宽厚比,不同腹板高厚比,不同剪跨比下的转动能力进行了计算,研究了影响转动能力的长细比参数,回归计算转动能力、计算参数和计算公式.研究表明:文中提出的长细比参数和公式与模拟结果相关程度高,形式简单,可以用来计算I、Ⅱ类组合梁的转动能力.     

波纹腹板H型钢梁受压翼缘局部稳定理论研究

提出梯形波纹腹板H型钢梁翼缘局部失稳的理论计算模型,指出波纹腹板对翼缘失稳相当于提供绕腹板轴心线的弹性转动约束作用.根据边界条件假设,采用理论推导得到了翼缘局部弹性屈曲应力的三角级数解,利用有限元分析验证了边界条件假设及理论模型的有效性.指出相比于平腹板,波纹腹板对翼缘具有更强的约束作用.     

连接墙板内置支撑的钢框架节点加强构造分析

为确保墙板内置无黏结支撑钢框架结构大侧移下利用内置支撑大幅屈服耗能,而钢框架在支撑连接区域处于弹性,通过有限元分析重点考察了支撑形式、支撑连接位置等对连接区域传力机制的影响,以及框架在连接处的加强构造.分析表明,1/50侧移角范围内时,梁端贴板加强后加强段基本处于弹性,非加强梁段的塑性铰位置与加强段端部间水平距离约为梁高的一半,塑性铰处翼缘轻微屈曲或无屈曲时钢梁截面的最大弯矩均接近塑性弯矩.据此,再结合支撑的连接位置和轴力便可确定出梁端内力,并进行节点域抗剪验算.分析还表明,节点域两侧的梁端弯矩按翼缘和腹板的抗弯刚度比例分配后传给节点域,而不是按现行设计规范中仅通过两翼缘的方式进行传递.节点域的柱腹板在剪切屈服后剪切变形大幅增加,增大了结构层间侧移.基于分析结果,给出了钢梁翼缘和腹板以及节点域柱腹板的贴板厚度等设计建议.     

组合梁负弯矩区截面抗剪强度试验研究

本文通过五根外伸梁及一根二跨连续的组合梁负弯区抗剪试验,解释了负弯区截面抗剪强度比塑性计算值有所提高的原因。并通过力比、剪力比的参数变化分析了负弯区截面的强度破坏情况及极限荷载、使用荷载限值。同时,还提出了负弯区强度破坏与局部屈曲破坏间的界线,连续梁负弯区极限抗剪能力对弯距调幅的影响等问题作了初步分析。     

双箱型空腹圆弧钢拱平面内稳定性分析

为研究新型双箱型空腹圆弧钢拱的平面内稳定特性,采用理论推导与有限元数值模拟相结合的方法,研究其平面内弹性屈曲及弹塑性稳定承载力,分析剪力对拱截面破坏模式的影响,并建立了平面内稳定承载力的设计方法。首先,根据拱截面的剪力分布情况,研究了双箱型空腹圆弧钢拱截面整体剪切变形及弦腹杆剪切变形对平面内弹性屈曲的影响;推导出了考虑双剪切变形影响时,双箱型空腹圆弧钢拱的纯压弹性屈曲荷载公式。然后,参考轴心受压柱设计原理,引入稳定系数及正则化长细比,绘制了纯压状态下的稳定曲线。最后,分析了在几种常见荷载工况下,双箱型空腹圆弧钢拱整体破坏模式的稳定承载力设计公式。本文分析的拱结构新颖,所提弹性屈曲荷载公式计算结果与有限元分析结果十分吻合,同时采用轴力与弯矩的二项式验算了整体稳定承载能力。研究结果可供日后科研和实际工程设计参考,具有一定的现实意义。     

考虑弯矩作用梭形钢格构柱的稳定性能

通过弹性屈曲分析和考虑大变形的弹塑性非线性分析首次考察轴力和弯矩共同作用下梭形钢格构柱的稳定性能。首先提出梭形格构柱截面刚度变化率的概念并分析其弹性屈曲性能,进而考察弯矩作用对梭形格构柱稳定性能的影响,重点分析轴向应力、弯曲应力和剪应力的发展历程,文中还考察了分肢钢管间距及隔板厚度对稳定承载力的影响。结果表明,截面刚度变化率决定桅杆的弹性屈曲模态;屈曲模态为＂C＂形的桅杆,弯矩作用导致稳定承载力的降低程度小于屈曲模态为＂S＂形的桅杆;可通过调整分肢钢管间距获得梭形格构柱的最大稳定承载力,相应的分肢间距与＂C＂形、＂S＂形屈曲模态转换的临界分肢间距基本一致;增加隔板厚度对提高＂S＂形屈曲模态桅杆的稳定承载力更为有效。     

工字形组合截面梁腹板的局部屈曲

为正确预测工字形组合截面梁的承载力,针对其腹板的局部屈曲问题进行了数值分析和试验.有限元分析表明梁腹板会在集中荷载下方发生局部屈曲或对无加劲肋的梁会在支座处发生局部屈曲.同时表明,正应力与剪应力基本呈线性关系,腹板上边缘处的局部压应力并不显著影响腹板的屈曲.采用硅橡胶制作模型梁,进行腹板屈曲试验,证明了数值分析结果的正确性.经对计算结果回归分析,给出了腹板屈曲计算公式的一种新形式.     

钢管填充混凝土后弹性与弹塑性屈曲分析

采用有限条法分析了方钢管填充混凝土后的弹性及弹塑性屈曲性能,考虑了钢板受均匀压应力作用和应力梯度变化两种工况,计算了钢板的临界屈曲应力,分析了残余应力对临界屈曲应力的影响.结果表明:当截面相对宽厚比低于30时,钢管内部填充混凝土并不能提高钢管的屈曲承载力;截面宽厚比超过30以后,随着截面宽厚比的增加,钢管内部填充混凝土后对钢管承载力的提高幅度越来越大,承载力提高幅度最大为空钢管承载力的2.58倍;并能有效提高钢板的抗弯屈曲承载力;残余应力的存在使得钢板在弹性和弹塑性阶段的屈曲承载力降低,残余应力越大,临界屈曲应力越低.     

A Method for Elastic Shear Buckling Calculation of Curved Bridge Webs

平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲计算

刘素梅,丁汉山

（东南大学 土木工程学院,南京 210096）

创新点说明：

曲线组合梁桥和曲线钢桥在国内外已大量修建,但在曲线桥设计时,平钢腹板的剪切屈曲计算通常采用直桥公式,或仅在直桥公式上新增一个修正系数。本文把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳,采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导了曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。参数分析表明：曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

研究目的：

得出平钢腹板曲线梁桥腹板弹性剪切屈曲强度计算公式。

研究方法：

把曲线桥中的平钢腹板等效为各向同性柱形扁壳进行剪切屈曲分析;

1）采用满足四边简支边界条件的双重三角级数作为位移函数,利用伽辽金法,推导曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度计算公式。

2）针对实桥,确定参数h²/(Rt)的取值范围。给定参数h²/(Rt)和长高比l/h具体数值,利用Matlab程序计算弹性剪切屈曲系数。

3）对弹性剪切屈曲系数进行拟合,得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数拟合公式,进而得到曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲强度拟合公式。

研究结果：

1）曲线桥平钢腹板弹性剪切屈曲系数随着参数 h²/(Rt) 的增大而增大,随着长高比 l/h 的增大而减小。说明曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度高于直桥腹板。

2）对于参数 h²/(Rt) 小于2的曲线桥,平钢腹板的弹性剪切屈曲强度较直桥腹板提高幅度不超过4.5%,此时,曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度可偏保守地采用直桥公式。但是对于参数 h²/(Rt) 较大的曲线桥,平钢腹板弹性剪切屈曲强度采用直桥公式太过保守。

结论：

本文提出的公式可更好地估算曲线桥平钢腹板的弹性剪切屈曲强度。

关键词：曲线桥;曲线腹板;剪切屈曲;各向同性壳

     

爆炸荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应及破坏模式分析

目的分析焊接工字形钢梁在爆炸荷载作用下破坏模式及影响动力响应的主要因素,为钢梁抗爆设计提供建议．方法采用有限元软件ANSYS／LS—DYNA,基于流固耦合的方法对钢梁的动力响应及破坏进行数值分析．结果在不同的爆炸荷载作用下,钢梁可能发生剪切破坏、弯剪联合破坏和翼缘屈曲破坏3种破坏模式;增高腹板高度可以有效地控制钢梁在爆炸荷载作用下的跨中最大位移,效果次之的是增加翼缘板厚度和腹板厚度,效果最差的是增加翼缘板宽度．结论钢梁的破坏模式与比例距离有关．随着比例距离增大,钢梁的破坏模式由剪切破坏模式转变为翼缘屈曲破坏模式．增大梁截面高度,能有效地提高钢梁的抗爆承载力．