三管梭形钢格构柱足尺寸破坏性稳定试验研究

本文对广州新白云国际机场航站主楼三管梭形钢格构柱中的3种高度柱通过卧位试验法进行了足尺寸破坏性稳定试验,研究了三管梭形钢格构柱在两端铰接约束,轴向受压情况下的稳定极限承载力,并揭示和验证了这种梭形钢格构柱的特有破坏机理以及变形过程。3种三管梭形格构柱的长度分别为19m、23m和29m,所有钢管规格为Φ273×16。在稳定极限承载力、破坏形状与位置、荷载-位移曲线等几个方面,通过比较试验结果与有限元数值计算结果,验证了有限元方法对梭形柱计算结果的正确性及通用性,为机场梭形柱的安全和可靠设计提供了理论和试验依据。     

考虑弯矩作用梭形钢格构柱稳定承载力非线性有限元分析

以2010年上海世博会世博轴工程中采用的梭形钢格构柱为研究对象,应用大挠度弹塑性有限元法研究考虑弯矩作用时梭形格构柱的稳定承载力。分析了初始几何缺陷作用方向、分布形式对梭形格构柱稳定承载力的影响,并与试验结果进行了比较。分析结果表明：梭形格构柱在轴力和弯矩共同作用下的一阶弹性屈曲模态表现为“S”形和“C”形两种形式;考虑弯矩作用后,初始缺陷作用方向对梭形格构柱的稳定承载力有较大影响;对一阶屈曲模态为“S”形的梭形格构柱,计算稳定承载力时只需考虑“S”形缺陷的影响,而对一阶模态为“C”形的梭形格构柱有必要综合考虑“C”形和“S”形缺陷的影响。与试验结果比较表明,建议方法计算梭形格构柱的稳定承载力安全、合理。图12表1参11     

三管梭形钢格构柱稳定极限承载力研究

本文应用大挠度弹塑性有限元法对三管梭形钢格构柱进行了极限承载力分析。研究的重点放在梭形柱初始缺陷的分布形式和幅值大小对柱破坏模式的影响,同时分析了柱长度、柱长细比、分肢长细比、隔板数量和厚度对极限承载力的贡献以及对破坏机理的影响。分析结果表明,初始缺陷的分布形式和幅值大小对柱破坏形式起到决定性的作用;当梭形柱的初始缺陷分布形式与一阶弹性屈曲模态一致时,柱极限承载力最低。随着柱整体长细比的增加或隔板厚度的增加其破坏形式从“S”形向单波形转化,不过,随着柱单肢长细比的增加其破坏形式从单波形向“S”形转化,二阶效应是梭形柱破坏的主要原因。本文对广州新机场四根梭形柱进行了极限承载力有限元分析,初始缺陷分布取与一阶弹性屈曲模态相同,缺陷幅值大小取为L/500,其计算结果与足尺寸试验结果吻合良好。     

中部等截面梭形柱的试验研究及有限元分析

对西安咸阳国际机场二期扩建工程T3A航站主楼3根梭形柱进行1∶2缩尺破坏性稳定试验研究,分析轴压梭形钢管柱在一端固接、一端铰接约束下的稳定极限承载力,并探讨其破坏特性和机理。试验结果表明,其极限承载力达到设计荷载的2倍以上,满足设计要求。同时,采用有限元方法对试验进行模拟,并与试验得到的稳定极限承载力、破坏形状、荷载-位移曲线等进行对比,二者吻合较好。此外,基于有限元分析可知:试件长度比α增大,极限承载力提高;试件楔率γ增大,极限承载力降低;同时给出楔率γ与极限承载力Pu的拟合公式。     

钢管混凝土平缀管格构柱极限承载力试验研究

进行24根缀板式钢管混凝土格构柱轴心受压和偏心受压试验。试验参数为长细比、偏心率、柱肢间距和缀管间距。对试件的受力全过程、破坏特性与极限承载力进行分析,讨论了缀管的受力特性和缀管构造对试件极限承载力的影响。试验结果表明,钢管混凝土平缀管格构柱中缀管以受弯为主、应变较大,缀条式格构柱中缀管以受轴力为主、应变较小;柱肢间距和缀管间距对试件承载能力有较大的影响;随着长细比增加,试件破坏特性从局部压屈变为整体破坏;长细比和偏心率两个参数对缀板式钢管混凝土格构柱极限承载力的影响基本上是独立的,可以采用分项系数相乘来考虑二者的共同影响;稳定系数与偏心率折减系数可以采用与缀条式格构柱相同的方法计算,但其剪切变形对极限承载力的影响要大于缀条式格构柱;给出了应用图表法的换算长细比计算方法。     

考虑弯矩作用梭形格构柱稳定承载力实用算法研究

以大型通用软件ANSYS为平台,研究以轴力为主、同时考虑弯矩作用的梭形格构柱的稳定承载能力。通过对不同高度和长细比的梭形格构柱进行非线性稳定计算和参数分析,提出了梭形格构柱稳定承载力的实用计算方法:以弹性特征值为基础计算梭形格构柱的等效长细比,并利用弯矩系数对等效长细比进行修正,得到修正长细比后即可通过查表的方式得到梭形格构柱稳定承载力。     

三肢钢管格构柱稳定极限承载力研究

用弹塑性大挠度有限元对不同腹杆布置形式的三肢钢管格构柱进行了稳定极限承载力研究,并与规范结果进行了比较,分析了腹杆布置形式及腹杆长细比对极限承载力的影响,为合理设计三肢钢管格构柱提供参考。     

梭形柱的稳定性能及设计方法研究

梭形柱由于其优美的建筑造型,近年来作为竖向受力构件广泛应用于各类空间结构体系。首先介绍梭形柱的工程应用及受力特点,研究梭形实腹柱和梭形格构柱的稳定承载力和破坏机理,提出整体稳定承载力的计算和设计方法。研究成果表明,由于梭形柱的截面形态各异,惯性矩沿轴线的函数关系复杂,其屈曲模态及稳定承载力的设计理论与等截面柱有很大区别。梭形实腹柱可以等效成等截面柱验算其稳定承载力,其计算长度及等效长细比与楔率和截面的最大、最小惯性矩有关,其屈曲波形始终表现为单波形;格构式梭形柱由于剪切刚度和弯曲刚度沿柱轴线是变化的,导致了梭形格构柱的屈曲波形出现了反对称的“S”形波形的可能性。     

梭形钢管格构柱弹性屈曲性能

本文利用有限元方法研究和探讨了单管、双管及三管梭形钢格构柱在两端铰接约束,竖向轴压情况下的弹性屈曲性能和对应的屈曲模态,对影响梭形柱弹性屈曲荷载与屈曲模态的因素进行了系统的参数分析,如柱高、柱长细比、隔板厚度、隔板数量等。根据分析结果阐述了梭形钢格构柱的两种屈曲模态及其转变特性,提出了提高弹性屈曲荷载的有效措施,总结了梭形钢格构柱与等截面柱明显不同的弹性屈曲性能。最后介绍了关于梭形钢格构柱弹性屈曲的理论研究成果在广州新白云国际机场航站楼实际工程中的应用意义。     

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。     

大悬挑变截面梁折线形斜柱钢刚架受力性能试验研究

大悬挑变截面梁折线形斜柱钢刚架,结构型式不规则、受力复杂。为考察其受力性能,评价其安全性,对该结构进行了设计验证和极限承载力的缩尺模型试验研究和有限元分析。试验研究表明：变截面梁折线形斜柱钢刚架在设计荷载作用下均处于弹性状态,在极限承载力试验中,变截面梁与折线形斜柱连接部位最先屈服,2.56倍设计荷载时结构达到极限状态。结合试验结果与有限元计算结果,分析了结构的受力变形特征和内力分布规律,分析表明,有限元计算结果与试验结果吻合良好,试验结果验证了理论分析与原型结构设计的正确性;研究表明,折线形斜柱大悬挑钢刚架结构在保证顶部水平约束的情况下,具有较高的承载能力和足够的安全性。     

NASTRAN程序在高层建筑动力特性分析中的应用

利用大型通用计算软件 MSC/NASTRAN 和 MSC/PATRAN,采用一个三维有限元模型对建筑物的固有频率和固有振型的计算和研究,并将计算结果与安徽省建筑设计院所提供的二维模型计算结果进行了比较。结果表明在分析中必须同时考虑柱、梁和楼板的物理特性和几何特性才能得到较好地模拟建筑物的动力学特性,同时发现考虑水平方向振动的各阶振型基本对应自由振动下的某一振型。采用二维模型进行分析时必须注意会失去某些方向的固有频率和固有振型。     

梅溪覆盖层上混凝土面板堆石坝流变变形反馈分析及安全性研究

在整理分析覆盖层上面板堆石坝变形观测资料的基础上,对坝体堆石料模型计算参数及流变模型参数进行反馈分析。根据反馈分析得到的计算结果,采用双屈服面弹塑性模型,用三维有限元法分析研究坝体、坝基、混凝土面板、防渗墙和趾板应力及变形的分布规律,得出了有价值的计算分析结果,论证了该坝运行期间的安全性。通过对该坝的流变计算,得出坝体、坝基流变变形较小,而且基本趋于稳定的结论。     

Behavior of model steel H-pile-to-pile-cap connections

Steel H-shaped piles are widely used in bridge foundations, but studies on their connections with reinforced concrete pile-cap are quite limited. This paper reports experimental results from monotonically loaded static tests on model steel H-pile to pile-cap connections,in which the piles were subjected to tensile loading or horizontal loading with the bending in the strong or weak bending directions of the H piles. The model H-pile was shallowly embedded into the footing and anchored by four steel bars welded to the web of the H shape. The tests indicate that H-pile-footing connections were effective in transferring vertical and lateral loads. The results of load–displacement analysis show that the connections can sustain a certain amount of moment, though there is no specific design procedure in current codes. A method modified from a previous study by the first author can predict the capacity reasonably well. The study also shows that the FEM analyses can capture the load and deformation relationship and load carrying capacity of the steel H-pile to pile-cap connection satisfactorily.     

模拟钢桁架塔角钢支腿加固提高其承载力

由于设计规范中风荷载要求的改变、电能需求的增加、通信行业的蓬勃发展,对现有钢桁架塔进行改装逐渐成为输电塔行业的重要战略。目前,实践中桁架输电塔采用的加固方法主要有2种。一种是沿塔高在桁架各杆件的中点处设置一系列横向支撑(隔板);另一种是利用附加构件对角钢支腿进行改装、加固,以提高其承载力。该文利用单板角钢支腿改装模型和非线性有限元(FEM)模型对最有效的腿材改装方法进行了研究。开发出模拟板件和螺栓连接件的3D连续单元,并将其与试验结果进行对比,吻合较好。研究发现,试验的关键问题是螺栓滑移,可通过一个简单的锁定系统(为模拟螺栓滑移开发的新技术)对模型进行简化。简化后的模型能够用于多面板建模。     

国家体育场扭曲箱形构件拉伸试验

为研究国家体育场钢结构扭曲箱形构件的抗拉性能,完成了2个1/4缩尺试件在单调拉伸荷载作用下的试验与参数影响计算分析,试件的变化参数为加劲肋间距。试验结果表明:试件的拉力-位移曲线呈双线性特征,试件受拉屈服发生在靠弯曲中心一侧的上翼缘与相邻腹板;受拉屈服荷载为1100kN;两个试件的弹性抗拉刚度分别为593kN/mm与614kN/mm;屈服后强化段抗拉刚度分别为39kN/mm与36kN/mm,分别为弹性抗拉刚度的6.6%与5.9%;卸载刚度均为930kN/mm,分别为弹性抗拉刚度的157%与151%。加劲肋间距从300mm减小到225mm,试件的抗拉刚度增加了5%,刚度提高有限。有限元计算结果与试验结果基本一致。