蜂窝钢梁的强度和刚度研究

用有限元法对蜂窝梁(用H型钢或普通热轧工字钢经切割再扩高焊接而成的空腹梁)建模分析,对不同荷载形式下的蜂窝式工字钢梁受力性能和应力分布特点进行了研究.考虑到蜂窝梁开孔数、孔口扩高比、高跨比等因素的影响,通过与相同截面尺寸的实腹工字钢梁以及扩高前的H型钢梁受力性能的对比,说明蜂窝梁在安全的前提下可以明显的减少钢材,并总结了在实际工程中设计蜂窝梁时应注意的事项和按空腹刚架法推导得到的简化计算式.     

楔形蜂窝工字钢压弯构件静力性能研究

为了节省钢材、提高构件的刚度和强度,在楔形构件和蜂窝梁的基础上提出了楔形蜂窝构件.介绍了楔形蜂窝构件的制作方法,采用试验研究了楔率和开孔尺寸对悬臂楔形蜂窝构件刚度和抗弯承载力的影响.在试验研究的基础上,建立楔形蜂窝构件的有限元模型,研究了悬臂楔形蜂窝构件塑性区域的应力和应变的分布情况.研究结果表明,将H型钢切割制成楔形蜂窝构件,抗弯刚度和强度明显提高.悬臂楔形蜂窝构件的极限承载力和刚度主要取决于构件大头的截面高度.当孔洞大小相等时,楔率增大,制成的楔形蜂窝构件大头截面变高,构件的刚度增大.当轴压比较小时,悬臂楔形蜂窝压弯构件可以近似的采用塑性铰模型;当轴压比较大时,利用塑性铰模型分析是不合适的.     

六边形孔蜂窝梁力学性能与计算方法

为进一步研究蜂窝梁的力学性能,推广其在实际工程中的应用,基于ANSYS有限元分析软件,采用板壳元建立不同参数的六边形孔蜂窝梁计算模型,对其静力性能开展研究.探讨了跨度、开孔率、孔间距等关键设计参数对梁强度、刚度和稳定性能的影响;并将计算结果与相同截面的实腹式构件对比,给出了较为简化的实用计算公式,采用该公式可快速求得蜂窝梁的极限承载力.     

考虑残余应力影响的蜂窝梁畸变屈曲性能研究

基于蜂窝梁残余应力的试验研究成果和普通工字钢梁的残余应力分布研究成果，给出了蜂窝梁的残余应力分布模型，并与已有试验研究结果对比，以验证该模型的正确性。通过分析梁的长度、翼缘厚度和宽度等对蜂窝梁畸变屈曲临界荷载的影响规律，进一步探索了残余应力对蜂窝梁畸变屈曲荷载的影响程度及简化考虑残余应力影响的计算方法。研究结果表明：翼缘宽度和厚度对蜂窝梁畸变屈曲临界荷载影响较大，而腹板厚度对蜂窝梁畸变屈曲临界荷载影响较小；提高钢材强度可在一定程度上提高蜂窝梁畸变屈曲临界荷载，但残余应力的影响程度会相应增大；提出采用折减系数Kd=0.85来计算蜂窝梁畸变屈曲荷载中的残余应力影响，该方法安全且简便，便于实际工程应用。     

不同榫卯板构造的装配整体式剪力墙有限元模拟与参数分析

使用有限元软件ABAQUS建立了考虑新旧混凝土结合面接触效应的榫卯剪力墙的弹塑性有限元模型.通过将试验结果与数值计算结果进行对比分析,证明了有限元分析方法合理、可靠.研究了不同纵向孔洞尺寸对榫卯剪力墙性能的影响,建议接缝处纵向孔洞内缘与横向凹槽内侧平齐.在确定板型的基础上,研究了钢筋配筋率及轴压比对榫卯剪力墙抗震性能的影响.结果 表明提高水平分布钢筋配筋率对榫卯剪力墙的抗震性能影响不大;随着轴压比增大,榫卯剪力墙承载力增大,变形能力降低,试件破坏提前.     

单轴对称圆孔蜂窝梁弯扭屈曲承载力的简化计算

对存在初始缺陷的单轴对称圆孔蜂窝梁的弯扭屈曲整体稳定性能进行参数研究,提出新的简化设计方法.通过ANSYS建立有限元模型,在与国外试验数据差距较小的基础上,分析不同孔高比、距高比及跨高比的单轴对称圆孔蜂窝梁中残余应力的影响程度及规律,并将各构件稳定承载力与规范公式所得当量单轴对称实腹梁的稳定承载力比较,发现跨高比与残余应力对稳定承载力的影响程度成正比;距高比、跨高比不同的单轴对称圆孔蜂窝梁与规范所得实腹梁的稳定承载力具有某种特定联系;提出单轴对称圆孔蜂窝梁稳定承载力折减系数,通过非线性回归分析得到稳定承载力简化计算公式.经有限元验证,对于任意参数的单轴对称圆孔蜂窝梁,此公式均能精确、快速地算得稳定承载力,在设计中可参考使用以提高设计效率.     

蜂窝梁的挠度影响因素分析

对蜂窝梁的扩张比,孔的类型,蜂窝梁的高跨比和剪跨比四个因素对挠度的影响进行分析比较,并与等截面实腹式梁的挠度进行对比,得出蜂窝梁的扩张比,高跨比对挠度影响较大,并指出蜂窝梁扩张比的合适范围及挠度扩大系数α值的变化规律.     

阶跃载荷作用下变截面悬臂梁的弹塑性响应模式

利用有限差分离散控制方程进行数值分析,研究了阶跃载荷作用下变截面悬臂梁的弹塑性动力响应.通过对不同阶跃载荷作用下,响应各时刻弯矩分布规律的细致分析,清晰地阐明了变截面悬臂梁的弹塑性动力响应模式.研究表明,对于中载工况,整个响应过程只在梁根部形成塑性铰;对于高载工况,响应过程在梁跨中形成塑性铰的基础上,还增加了在半梁左侧存在塑性区、梁的根部存在驻定塑性铰等响应模式.弹塑性响应分析肯定了刚塑性分析所假定的变形模式的主要特征,同时也指出了刚塑性分析模型的不足,因而增进了对于梁的变形机制的认识和理解.     

蜂窝梁抗弯承载力的有限元分析

目的为了进一步了解蜂窝梁的抗弯承载力极限状态、方法采用有限元分析软件ANSYS建模，对相同跨度、相同开孔率及开孔数目的圆孔和六角孔两种不同截面形式的蜂窝梁进行分析、比较，得出不同截面形式和不同开孔率对蜂窝梁抗弯极限承载力的影响、结果对于两种不同截面形式的蜂窝梁，在相同开孔率及开孔数目的情况下，圆孔梁的极限承载力要高于六角孔梁的极限承载力，结论利用有限元软件能够较好地模拟出开孔率及不同截面形式，对两种蜂窝梁抗弯极限承载力的影响．两种不同截面形式蜂窝梁，在开孔率相同时。随着荷载逐渐增加，梁由弹性进入弹塑性进而达到塑性阶段，同时塑性向空腹截面及孔周边发展、腹板出现一定鼓曲现象。梁即达极限状态、同时梁中部出现较大侧弯扭变形，出现整体失稳，在孔角处存在应力集中、在开孔率不同时，随着开孔率的逐渐增大，圆孔梁的极限承载力明显高于六角孔梁的极限承载力。     

蜂窝式钢框架结构合理扩高比限值分析

目的 研究蜂窝式钢框架结构的受力特点、破坏模式以及抗震性能.方法 对单层单跨蜂窝式钢框架结构进行水平低周反复加载试验,控制蜂窝梁扩高比K=1.5,对蜂窝式钢框架结构的受力特点、破坏模式以及抗震性能等因素进行分析.在此基础之上,利用有限元分析软件对足尺蜂窝式钢框架结构进行模拟分析,研究了三层单跨六边形孔和圆形孔蜂窝式钢框架结构的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、延性和耗能能力.结果 蜂窝式钢框架结构基本都发生梁铰破坏机制,但是腹板削弱造成孔洞位置处的抗剪承载力降低,影响了塑性铰的转动能力,因此其耗能能力和延性低于实腹钢框架,但是延性仍处于较高的水平.通过分析不同扩高比下六边形孔和圆形孔蜂窝式钢框架结构延性系数,拟合出扩高比与延性系数的关系曲线.结论 孔洞腹板的削弱程度决定其延性水平,通过拟合出的扩高比与延性系数的关系曲线,利用提出的抗震等级与廷性的关系,提出两种孔型蜂窝式钢框架结构在不同抗震等级下的扩高比限值,为蜂窝式钢框架结构抗震设计提供参考.     

蜂窝梁等效抗弯刚度的确定方法

通过分析不同开孔的蜂窝梁,提出了确定蜂窝梁等效抗弯刚度的方法。该方法根据纯弯蜂窝梁有限元分析（FEA）结果,按照经典力学中挠度-刚度或弯矩-曲率关系式反算刚度,具有简捷、准确、经济、高效等优点。提出了蜂窝梁等效抗弯刚度的合理表达式,并以常用的六边形孔和圆孔为例,通过大量有限元分析,得到了腹板刚度折减系数表,然后进一步给出了该系数的半理论半经验计算公式。结果表明,采用该公式可快速求得蜂窝梁的等效抗弯刚度。     

蜂窝梁檩条的试验研究

结合工程设计,对上翼铺设压型钢板屋面的蜂窝梁式檩条进行了试验。模拟实际屋盖结构,在压型钢板上施加均布荷载,分析了蜂窝梁式檩条的应力,计算模型,变形等计算公式。     

蜂窝式压弯构件弯矩作用平面内稳定承载力计算的试验验证

目的分析蜂窝式压弯构件弯矩作用平面内稳定承载力特征,验证已有设计方案．方法设计制作了4根不同长度的蜂窝构件,对试件进行弯矩作用平面内偏心矩为50mm的轴向集中力加载,得出试验数据．结果试验过程和试验结果达到预期效果,试验数据和理论数据比较吻合．扩张比为1．5的蜂窝式压弯构件较原实腹式压弯构件极限承载力有大幅度的提高．由边缘屈服准则导出的格构式压弯构件平面内稳定计算公式,同样适合蜂窝式压弯构件弯矩作用平面内稳定计算,且结果偏于安全．结论蜂窝压弯构件随着长度的增加,正应变分布逐渐均匀,整体工作性能趋于良好,因此,蜂窝构件更适合于大跨度荷载小的结构体系．     

悬臂楔形蜂窝构件静力计算方法

为了节省钢材、提高构件的刚度和强度,在楔形构件和蜂窝梁的基础上提出了楔形蜂窝构件.通过对悬臂楔形蜂窝构件进行连续化处理,建立楔形蜂窝构件的微分方程,进一步推导出楔形蜂窝构件的刚度方程.考虑次弯矩对楔形蜂窝构件抗侧刚度的影响,引入二阶塑性铰简化分析方法,来计算悬臂楔形蜂窝构件的屈服后变形,与有限元方法计算结果比较.结果表明:悬臂楔形蜂窝构件计算方法比较准确,满足工程设计的需要.     

纯弯曲蜂窝梁弯扭屈曲的有限元分析

目的 为了进一步研究蜂窝构件纯弯状态下的弯扭屈曲．方法笔者利用有限元软件ANSYS对两种不同截面的H形钢梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界荷载进行了分析，对所得到的结果与理论公式计算的结果进行了比较，结果吻合的较好，这表明ANSYS软件分析具有可行性，根据这一结果，蜂窝梁在纯弯曲时的弹性弯扭屈曲临界荷载可以采用该软件进行模拟分析．结果 对开孔率相同跨度不同以及跨度相同度开孔率不同的蜂窝梁进行了计算并对计算结果与原型钢进行了分析比较．结论 利用有限元软件可以很好地模拟出开孔率及不同截面的纯弯蜂窝梁的弯扭屈曲临界弯矩，蜂窝梁的弯扭屈曲临界弯矩明显高于原型钢钢梁，其值随着开孔率的逐渐增加而降低。但是开孔率的影响并不十分明显。     

蜂窝形空腹压弯杆件的计算与分析

本文就长春滑冰馆的蜂窝形空腹三铰拱的计算,探讨蜂窝形空腹压弯杆件的几种计算方法。     

蜂窝梁的非线性分析

根据跟踪结构极限荷载的特征点刚度方法，首次对自由度数非常大的蜂窝梁进行了非线性荷载位移全过程分析，揭示了蜂窝梁的受力特性，从而对蜂窝梁的非线性工作状态有了较为全面的了解。