门式刚架梁柱节点抗震性能分析

以唐山市某一成品库钢结构单层厂房为工程背景,用ABAQUS软件建立其梁柱节点模型,并对该模型梁端施加低周反复荷载,得到荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、刚度曲线等,用来分析节点的抗震性能.并通过改变连接梁柱节点端板的厚度以及增加柱斜加劲肋,来研究它们对节点的抗震性能的影响.分析结果表明:(1)通过适当增加端板厚度可有效的提高梁柱节点的抗震性能和节点刚度,具体来说以增加端板厚度2 mm最为有效;(2)添加斜加劲肋可以使节点抗震性能得到提高,但效果不如增加端板厚度;(3)节点在正向的抵抗变形能力要大于负向的抵抗变形能力.     

关于弹性薄壁杆件翘曲变形的讨论 一 基本概念与基本假定

在弹性薄壁杆件中,计算翘曲变形的理论常以“刚性周边”假定为基础,不考虑周边形状的改变.本文认为,在开口薄壁杆件中,“周边形状改变”与“周边形状不变”的翘曲变形都是同等重要的翘曲变形,不计前者是不恰当的;在闭口薄壁杆件中,在此假定的基础所导出的结论与实际不符。本文在中直线假定的基础上,用转角向径表示截面上各板的转角,用弯矩矢量表示各板的内力,使翘曲变形的基本方程的力学涵义和几何意义更为直观,从而较方便地导出计算各种翘曲变形的方法和结论.本文认为,在薄壁杆件中,不仅一对等值反向弯矩应组成力因素——双力矩;一对等值反向的双力矩,也应组成新的力因素——四力矩.同理,在截面图形中,不仅存在描述截面是否发生刚性扭转的扭转中心,而且存在描述截面是否发生相对扭转的双扭中心.它们都是同等重要的几何点.本文在建立新概念时,力求形象具体,推理方法尽量和计算平面变形的方法相同,使翘曲变形的计算和平面变形的计算能和谐地衔接成一体.目前,在工程中,随着材料质量的提高,溥壁杆件的应用更广,进一步探讨薄壁杆件的计算问题在实用上是有意义的.     

关于弹性薄壁杆件翘曲变形的讨论 三 开口四板杆件的翘曲变形

在弹性薄壁杆件中,计算翘曲变形的理论常以"刚性周边"假定为基础,不考虑周边形状的改变.本文认为,在开口薄壁杆件中,"周边形状改变"与"周边形状不变"的翘曲变形都是同等重要的翘曲变形,不计前者是不恰当的;在闭口薄壁杆件中,在此假定的基础所导出的结论与实际不符。本文在中直线假定的基础上,用转角向径表示截面上各板的转角,用弯矩矢量表示各板的内力,使翘曲变形的基本方程的力学涵义和几何意义更为直观,从而较方便地导出计算各种翘曲变形的方法和结论.本文认为,在薄壁杆件中,不仅一对等值反向弯矩应组成力因素--双力矩;一对等值反向的双力矩,也应组成新的力因素--四力矩.同理,在截面图形中,不仅存在描述截面是否发生刚性扭转的扭转中心,而且存在描述截面是否发生相对扭转的双扭中心.它们都是同等重要的几何点.本文在建立新概念时,力求形象具体,推理方法尽量和计算平面变形的方法相同,使翘曲变形的计算和平面变形的计算能和谐地衔接成一体.目前,在工程中,随着材料质量的提高,溥壁杆件的应用更广,进一步探讨薄壁杆件的计算问题在实用上是有意义的.     

关于弹性薄壁杆件翘曲变形的讨论 四 开口多板杆件的翘曲变形

在弹性薄壁杆件中,计算翘曲变形的理论常以"刚性周边"假定为基础,不考虑周边形状的改变.本文认为,在开口薄壁杆件中,"周边形状改变"与"周边形状不变"的翘曲变形都是同等重要的翘曲变形,不计前者是不恰当的;在闭口薄壁杆件中,在此假定的基础所导出的结论与实际不符。本文在中直线假定的基础上,用转角向径表示截面上各板的转角,用弯矩矢量表示各板的内力,使翘曲变形的基本方程的力学涵义和几何意义更为直观,从而较方便地导出计算各种翘曲变形的方法和结论.本文认为,在薄壁杆件中,不仅一对等值反向弯矩应组成力因素--双力矩;一对等值反向的双力矩,也应组成新的力因素--四力矩.同理,在截面图形中,不仅存在描述截面是否发生刚性扭转的扭转中心,而且存在描述截面是否发生相对扭转的双扭中心.它们都是同等重要的几何点.本文在建立新概念时,力求形象具体,推理方法尽量和计算平面变形的方法相同,使翘曲变形的计算和平面变形的计算能和谐地衔接成一体.目前,在工程中,随着材料质量的提高,溥壁杆件的应用更广,进一步探讨薄壁杆件的计算问题在实用上是有意义的.     

关于弹性薄壁杆件翘曲变形的讨论 二 开口三板杆件的翘曲变形

在弹性薄壁杆件中,计算翘曲变形的理论常以"刚性周边"假定为基础,不考虑周边形状的改变.本文认为,在开口薄壁杆件中,"周边形状改变"与"周边形状不变"的翘曲变形都是同等重要的翘曲变形,不计前者是不恰当的;在闭口薄壁杆件中,在此假定的基础所导出的结论与实际不符。本文在中直线假定的基础上,用转角向径表示截面上各板的转角,用弯矩矢量表示各板的内力,使翘曲变形的基本方程的力学涵义和几何意义更为直观,从而较方便地导出计算各种翘曲变形的方法和结论.本文认为,在薄壁杆件中,不仅一对等值反向弯矩应组成力因素--双力矩;一对等值反向的双力矩,也应组成新的力因素--四力矩.同理,在截面图形中,不仅存在描述截面是否发生刚性扭转的扭转中心,而且存在描述截面是否发生相对扭转的双扭中心.它们都是同等重要的几何点.本文在建立新概念时,力求形象具体,推理方法尽量和计算平面变形的方法相同,使翘曲变形的计算和平面变形的计算能和谐地衔接成一体.目前,在工程中,随着材料质量的提高,溥壁杆件的应用更广,进一步探讨薄壁杆件的计算问题在实用上是有意义的.     

关于弹性薄壁杆件翘曲变形的讨论 五 闭口薄壁杆件的翘曲变形

在弹性薄壁杆件中,计算翘曲变形的理论常以"刚性周边"假定为基础,不考虑周边形状的改变.本文认为,在开口薄壁杆件中,"周边形状改变"与"周边形状不变"的翘曲变形都是同等重要的翘曲变形,不计前者是不恰当的;在闭口薄壁杆件中,在此假定的基础所导出的结论与实际不符。本文在中直线假定的基础上,用转角向径表示截面上各板的转角,用弯矩矢量表示各板的内力,使翘曲变形的基本方程的力学涵义和几何意义更为直观,从而较方便地导出计算各种翘曲变形的方法和结论.本文认为,在薄壁杆件中,不仅一对等值反向弯矩应组成力因素--双力矩;一对等值反向的双力矩,也应组成新的力因素--四力矩.同理,在截面图形中,不仅存在描述截面是否发生刚性扭转的扭转中心,而且存在描述截面是否发生相对扭转的双扭中心.它们都是同等重要的几何点.本文在建立新概念时,力求形象具体,推理方法尽量和计算平面变形的方法相同,使翘曲变形的计算和平面变形的计算能和谐地衔接成一体.目前,在工程中,随着材料质量的提高,溥壁杆件的应用更广,进一步探讨薄壁杆件的计算问题在实用上是有意义的.     

外伸端板加劲肋对连接性能的影响

为考察外伸端板连接中不同端板加劲肋对节点性能的影响,采用接触问题的弹塑性大变形有限元分析方法,研究了钢梁柱外伸端板连接中不同长度和厚度的外伸加劲肋对节点刚度、承载力的影响,考察了端板变形和连接面受拉侧间隙的变化。研究发现,与梁腹板等厚的等边加劲肋会过早地拉剪屈服,受压侧加劲肋则过早屈服和屈曲。斜角为63.4°,加厚的加劲肋能增大节点的抗弯力臂,减小螺栓拉力,延迟梁受压翼缘的局部屈曲,并能够将梁端塑性铰移向加劲肋的尾部,从而明显提高端板连接节点的强度和刚度。     

型钢混凝土梁式转换节点抗震性能研究

通过对连续型钢混凝土梁式转换层结构模型的两种加载方式下的拟静力试验,对比分析了型钢混凝土转换节点与柱不带轴压力型钢混凝土框架节点的抗震特性,得到了不同于普通框架节点的转换节点的破坏机制、耗能能力、强度退化等.分析得出节点型钢腹板的剪应力方程,利用试验数据可求得腹板上测点的应力值.为了与试验结果相互验证,建立有限元模型,进一步对比分析证明了转换节点在地震力下的受力特性符合节点斜压杆机理.     

对称布置2根单侧加劲肋的有效刚度

针对对称布置2根单侧加劲肋的加劲板在单轴受压屈曲分析中的有效刚度问题.用隔离体分析法,分别对加劲肋和被加劲板进行二阶分析,考虑加劲肋自由扭转、约束扭转和剪切变形的影响,通过板和加劲肋在连接处的位移协调条件,得到3种屈曲模态下加劲板的屈曲方程和加劲板参与加劲肋工作的有效宽度解析表达式,获得对称布置2根单侧加劲肋的有效扭转刚度和有效抗弯刚度的表达式,相比于布置一根加劲肋的加劲板的结果,两者有较大不同.与有限元模拟结果进行分析比对表明,获得的有效刚度公式具有良好精度,适用于任意开口和闭口截面的单侧加劲肋板.     

加劲肋对外伸端板连接火灾下破坏模式的影响

为研究外伸端板连接节点火灾下的破坏模式及承压加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响,研究了热力耦合作用下节点的响应.采用钢结构设计理论和非线性有限元分析方法研究了节点火灾下的破坏模式、承压加劲肋的失稳及加劲肋厚度对节点耐火性能及柱稳定性的影响.结果表明:火灾下节点的破坏模式为:首先在端板和柱翼缘承拉区发生弯曲大变形,之后承压部分局部失稳并最终导致节点丧失承载力;承压加劲肋厚度对节点耐火性能有较大影响,火灾下加劲肋受到不断加大的热应力作用,但其临界应力随材料刚度退化而不断降低,较薄的承压加劲肋易发生失稳并引发柱腹板局部屈曲导致节点失效.适当增加承压加劲肋厚度可防止加劲肋的屈曲并有利于柱火灾下的稳定.     

螺栓端板连接中柱翼缘和腹板加强方法

为加强梁柱端板螺栓连接部位的柱翼缘和柱腹板,采用有限元法对梁柱端板螺栓连接部位进行了细致分析,提出了柱翼缘贴板,贴板与柱翼缘焊接的方法,给出了贴板厚度的计算公式;且贴板可以很好的消除螺栓周围柱翼缘的弯曲冲切变形,达到与加厚节点区柱翼缘同样的效果.设计了柱腹板"Morris"加劲肋能够同斜向对角加劲肋一样,大幅度减小节点域剪切变形,且不影响螺栓的排列.柱翼缘加贴板可以取代加厚节点区柱翼缘,节点域柱腹板可采用"Morris"加劲肋加强.     

考虑次剪应力的薄壁杆件扭转刚度矩阵和它的有限元分析

本文推导了薄壁杆件在翘曲位移假设下的扭转刚度矩阵,同时给出了拉(压)、弯曲和扭转下薄壁梁单元刚度矩阵。对不同截面薄壁梁单元的联接进行了研究,并用最小二乘法处理联接处的位移协调,最后给出了计算结果。     

Large Deformation Beam/Cable Element with Implicit Kinematic Model

This paper proposes a 3D 2-node element for beams and cables.Main improvements of the element are two new interpolation functions for beam axis and cross-sectional rotation.New interpolation functions employ implicit functions to simulate large deformations.In the translational interpolation function,two parameters which affect lateral deflection geometry are defined implicitly through nonlinear equations.The proposed translational interpolation function is shown to be more accurate than Hermitian function at large deformations.In the rotational interpolation function,twist rate is defined implicitly through a torsional continuity equation.Cross-sectional rotation which is strictly consistent to beam axis is obtained through separate bending rotation interpolation and torsional rotation interpolation.The element model fully accounts for geometric nonlinearities and coupling effects,and thus,can simulate cables with zero bending stiffness.Stiffness matrix and load vector have been derived using symbolic computation.Source code has been generated automatically.Numerical examples show that the proposed element has significantly higher accuracy than conventional 2-node beam elements under the same meshes for geometrically nonlinear problems.     

G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件力学性能与设计方法

为了研究高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的力学性能和设计方法,对3种板件加劲形式的G550高强冷弯薄壁型钢槽形截面受弯构件进行了试验研究和有限元参数分析。结果表明,板件加劲形式对高强冷弯薄壁槽钢受弯构件屈曲模式和受弯承载力有显著影响,翼缘V形加劲比腹板V形加劲能够更有效地提高构件抗弯承载力,构件抗弯承载力的变化规律与屈曲模式有关。根据有限元参数分析结果,在已有直接强度法基础上回归出适用于高强冷弯薄壁槽钢受弯构件的直接强度法修正公式。     

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.     

左右梁高不同外加强环式钢框架节点力学性能

为了研究左右梁高不同的圆形钢管柱-H型钢梁外加强环式框架异形节点的力学性能,利用非线性有限元软件ABAQUS建立了三维空间外加强环式钢框架异形节点有限元模型,并进行弹塑性有限元分析.对比分析了不同几何参数对外加强环式钢框架节点的承载能力及初期刚度的影响.结果表明:随着左右梁高度比的增加,节点域的承载力降低,初期刚度增加;增加柱壁厚度和梁翼缘厚度,导致节点域的承载力增加;随着轴压比的增加,节点域的承载力随之降低;柱壁厚度、梁翼缘板厚度以及轴压比对节点域的初期刚度影响较小.     

T型外部补强箱型节点加劲肋长度的确定

为研究T型加劲肋长度对箱型节点性能的影响规律并确定合理的加劲肋长度,对T型外部补强箱型柱—工字梁节点进行弹塑性分析.采用ANSYS有限元方法,分析了T型外部补强节点应力发展趋势,进行了加劲肋长度对箱形柱—工字梁节点性能影响的参数分析,根据节点的设计标准确定了T型外部补强节点合理的加劲肋长度.研究结果表明:采用T型加劲肋时,塑性铰外移到梁翼缘与加劲肋连接端部,节点初始刚度和极限承载力有很大的提高;节点的弯矩传递路径由梁翼缘中部逐渐向梁两侧的加劲肋传递,并通过加劲肋有一部分弯矩传递给柱,从而节点变形大大减小.增大加劲肋长度有利于梁端弯矩通过加劲肋向柱腹板传递,但加劲肋过长时,柱腹板承担过多的应力,梁柱翼缘连接处容易局部屈服,最终确定当加劲肋长度取腹板对角线与梁翼缘夹角在10°～15°时为合理的加劲肋长度.     

基于稳定函数的空间薄壁构件几何刚度矩阵

为真实描述结构二阶弹性分析中可能出现的侧扭屈曲变形和翘曲扭转变形,精确满足增量虚位移原理,结合梁柱法和有限单元法,基于更新拉格朗日构形的增量虚位移原理和三维空间薄壁构件理论,提出采用拉弯、压弯、纯弯及扭转状态下薄壁构件平衡微分方程的解作为插值函数,详细推导了考虑截面翘曲影响的空间薄壁梁柱单元的几何非线性切线刚度矩阵,推导过程中同时考虑了双向弯曲和扭转及其各耦合项对刚度矩阵的影响。并通过算例证实了文中方法的精确度和有效性。     

深孔钢闸门组合截面主梁应力计算方法

为了解决以往深孔钢闸门主梁弯曲正应力沿用细长梁理论其计算结果偏于危险,而有限元法计算工作量大且复杂的问题,因此,基于弹性理论,推导出了均布荷载作用下工字型截面梁纵向纤维挤压应力计算公式,以及考虑纵向纤维挤压和剪切翘曲影响的弯曲正应力计算公式,并提出了组合截面薄壁深梁的判定准则,并以有限元数值模拟结果为准对各种弯曲正应力解析计算方法进行了评价.结果表明:已有解析法误差较大,不能准确揭示组合截面薄壁深梁弯曲正应力的变化规律;而所提方法考虑了剪切翘曲及层间挤压的双向应力状态影响,计算结果精度较高且适用范围更广.