持荷加固钢梁的有限元研究

对荷载作用下采用焊接钢板加固的W型钢梁的性能和承载力进行有限元研究。通过6个荷载作用下的焊接钢板加固的钢梁试验验证有限元模型。采用该模型对加固梁,焊接时预载的大小,未加固梁的初始缺陷等几个主要参数的影响进行分析。数值分析结果表明:加固时预载大小的增加导致加固梁侧扭屈曲破坏极限承载力降低,与每个翼缘都用焊接钢板相比,只在受拉翼缘焊接钢板,承载力降低更显著。研究也显示,未加固梁的初始缺陷变化影响了加固梁的极限承载力。当预载的大小及初始缺陷的影响达到临界状态时,梁发生屈服破坏。     

随机初始缺陷对辐射式张弦梁结构非线性稳定的影响研究

首先对适合网壳结构的传统随机缺陷模态法进行改进,使其更适合对辐射式张弦梁结构进行分析。采用迭代法对辐射式张弦梁结构进行形态分析得到初始态,再使用改进的随机缺陷模态法对结构进行非线性稳定分析,研究了矢跨比、缺陷幅值和预拉力对辐射式张弦梁结构稳定承载力的影响,最后将随机缺陷模态法与一致缺陷模态法的分析结果进行对比。结果表明:初始缺陷会使辐射式张弦梁结构稳定承载力降低,且缺陷幅值越大,结构稳定承载力越低;随着矢跨比减小,结构稳定承载力降低,缺陷结构稳定极限荷载相比于完善结构稳定极限荷载的下降率逐渐增加;索能有效地提高结构稳定极限承载力,降低结构对缺陷的敏感度;预拉力的增加使结构对缺陷的敏感度略微降低;当矢跨比不大于1/10时,可以采用一致缺陷模态法对辐射式张弦梁进行稳定性分析。     

钢筋混凝土独立梁满堂扣件式钢管支撑架设计及其稳定性分析

钢筋混凝土独立梁横向两侧无楼板,梁下满堂扣件式钢管支撑架的横向稳定性是设计要考虑的关键问题之一。通过对比某剧院工程台口大梁满堂扣件式钢管支撑架不同步距、立杆横距对梁支撑架稳定承载力的影响,利用ANSYS软件建立半刚性主节点整架模型,进行特征值屈曲分析及考虑结构初始缺陷的非线性屈曲分析和静力分析。分析结果表明:按JGJ 130—2011《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》验算的立杆稳定承载力具有较高的安全储备;建立的半刚性模型对独立梁支撑架的非线性稳定承载力分析是可行的;独立梁横向两侧外延支撑架立杆横距对整个架体的稳定性有一定影响,设计中应给予重视。     

二次受力条件下低强度开孔梁受力性能试验研究

由于实际工程中有许多在低强度钢筋混凝土梁上开孔的情况,本文对二次受力条件下低强度开孔梁的受力性能进行了试验研究,考虑了初始荷载及孔洞位置两个影响因素,对梁的挠度、应变及承载力进行测量分析。结果表明,初始荷载大小及孔洞位置对梁的开裂荷载没有影响;随着初始荷载的增大,梁的承载能力下降,且在剪弯段开孔比在纯弯段开孔承载力下降更明显;孔洞在梁轴纵向不同位置对梁的破坏形态有影响,孔洞在跨中时梁发生弯曲破坏,在剪弯段时可能发生剪压破坏。     

大尺寸矩形孔蜂窝梁力学性能有限元模拟

蜂窝梁具有承载力高、外形美观、节省材料、便于布设管线、刚度大等诸多优点,被广泛地应用于建筑结构当中。本文对实际工程中的大尺寸矩形孔单跨和双跨蜂窝梁的构造和尺寸进行介绍。采用ABAQUS有限元软件分析了大尺寸矩形孔蜂窝梁力学性能。有限元模拟中同时考虑初始缺陷、材料非线性和几何非线性的影响。结果指出:单跨梁和双跨梁的屈曲模态均表现出局部屈曲特征;在设计荷载作用下,蜂窝梁满足强度和稳定的要求;在极限荷载作用下,蜂窝梁的状态由强度控制;单跨梁和双跨梁的梁端塑性铰长度不超过2.2 m。     

碳纤维布加固二次受力下剪弯段开双孔RC梁受力性能

基于剪弯段开双孔RC梁受力的特点,考虑不同的初始荷载,对碳纤维布(CFRP)加固二次受力条件下剪弯段开双孔梁的受力性能进行了试验研究。研究结果表明,未加固开孔梁的承载力随初始荷载的增大而降低,破坏时梁的底部钢筋没有发生屈服,呈剪压破坏状态;与未开孔RC梁相比,二次受力下各开孔梁的承载力随着初始荷载的增大有明显下降的趋势,当初始荷载分别为未开孔梁极限承载力设计值的20%,40%和60%时,其极限承载力分别降低了26.1%、30.9%和35.5%。初始荷载不超过未开孔梁极限承载力设计值的40%时,开孔梁碳纤维布加固后的极限承载力与未开孔梁相比下降幅度不超过8%,加固效果明显;初始荷载低于未开孔梁极限承载力设计值的60%时,开孔加固梁的底部钢筋屈服,与未开孔梁一样呈受弯破坏形态。     

内削外补法加固钢筋混凝土梁的试验

提出了内削外补法加固梁的概念,并通过试验对内削外补加固梁在增大截面宽度和初始荷载因素影响下的力学性能进行研究。试验结果表明:内削外补法加固梁极限荷载受初始荷载等级的影响较大,但是该方法可有效提高梁的极限承载力和刚度,可为类似工程提供参考。     

预应力加强型钢拱梁及其改进结构的性能研究

加强型钢拱梁是根据结构在承受竖向荷载时的内力及变形图,在钢拱梁平面内增加适当的撑杆和加强型索,以改善其受力性能、提高刚度和承载力的新型结构体系.通过有限元软件AN SY S分析了加强型钢拱梁在不同竖向荷载作用下以及不同初始加强型时应力和位移的变化规律,并依据钢拱梁在全跨和半跨荷载作用下的受力特征对加强型钢拱梁进行了改进和有限元分析.结果表明能较大地提高结构的刚度和承载力,而改进后的加强型钢拱梁对于抵抗半跨荷载的刚度和承载力又有明显的改善.     

高强钢焊接工字梁整体稳定性能分析

高强钢因其良好的材料性能已在建筑结构和桥梁结构中得到成功应用,但是我国尚未颁布相应的设计规范。同时鉴于国内鲜有针对高强钢梁整体稳定性能的研究成果,建立高强钢焊接工字梁的有限元模型,分析初始几何缺陷、残余应力、钢材强度等级、截面高宽比、荷载类型和截面形式对高强钢焊接工字梁整体稳定承载力的影响。结果表明,钢材强度等级越高,初始几何缺陷和残余应力对高强钢焊接工字梁整体稳定承载力的影响越小。建议了高强钢焊接工字梁整体稳定系数计算式。     

波浪腹板工形梁局部承压承载力设计方法研究

波浪腹板工形梁的局部承压性能目前国内外研究较少。在总结前人对平腹板和梯形波折腹板梁局部承压极限承载力研究工作的基础上,对波浪腹板工形梁的局部承压性能及设计方法进行研究。通过有限元数值分析,揭示波浪腹板工形梁在局部压力作用下的破坏形式以及腹板几何初始缺陷对局部承压性能的影响,在几何参数分析的基础上建立局部承压极限承载力的简化计算公式。最后针对同时承受局部荷载和弯矩的波浪腹板工形梁,建立截面弯矩与局部压力之间的M-P承载力相关计算公式,并通过有限元数值计算进行验证。     

钢-高强混凝土组合梁的试验研究

为了研究钢-高强混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,本文完成了8根钢-高强混凝土组合梁在跨中两点对称荷载作用下的试验,对其受力性能进行了分析,并探讨了翼缘板混凝土强度、钢梁屈服强度和翼缘板宽度对组合梁正截面受弯承载力、延性的影响。结合试验结果和理论分析,对现行规范中组合梁正截面受弯承载力计算公式进行了补充修正,以拓宽计算公式中翼缘板混凝土强度的适用范围,为高强混凝土在钢-混凝土组合梁中的应用提供设计依据。     

Lateral buckling of web-tapered I-beams: A new theory

This paper presents a new theory for the lateral buckling of web-tapered I-beams. Linear analysis is first conducted by taking account into the tapering effects of web-tapered I-beams, where the deformation compatibilities of the two flanges and web are considered in terms of the basic assumptions of thin-walled members. Subsequently, the total potential for the lateral buckling analysis of web-tapered I-beams is developed, based on the classical variational principle for buckling analysis. The lateral buckling loads of web-tapered cantilevers and simply supported beams of I-sections from the proposed theory are compared with those from the finite element (FE) analyses using two shell element models and two widely used beam element models. The two beam element models respectively represent the equivalent method using prismatic beam elements and the typical tapered beam theory in existing literature. These comparisons show that the results based on the total potential proposed in this paper are more accurate in predicting the lateral buckling loads of web-tapered I-beams than those in existing theories, indicating that the theory proposed in this paper is superior to existing theories. It is also found that the equivalent method using prismatic beam elements may yield unreliable buckling loads of tapered beams.     

负荷加固情况下钢梁性能和强度的试验研究

对4点加载的W型梁进行试验,分析抗弯构件在加载作用下进行加固时的性能和承载力。试验结果显示:对于侧向扭转屈曲主导的破坏模式下的大跨构件,未加固梁的预加载力增加53%会导致加固梁的侧向屈曲荷载最多减少14.2%,但是预加载对构件极限荷载没有影响。对相同加固方式下跨度较短的构件进行试验发现:未加固梁的预加载增加50%会导致加固梁的极限承载力减少13%。然后,当构件在加载或者不加载情况下进行加固时,其挠曲变形变化并不大。对于由弯曲屈服主导的破坏模式下的构件,预加载对于加固构件的极限承载力并没有影响。     

焊接箱形截面梁抗震性能影响因素研究

为考察板件宽厚比对焊接箱形截面梁抗震性能的影响,对中国、美国、日本和欧洲的钢结构设计标准中的相关规定进行了比较,结果表明各国规范对于梁板件宽厚比限值的规定总体上具有较好的一致性。采用钢材循环加载本构,建立了多尺度非线性有限元计算模型。提出了刚性竖杆 箱形梁加载方式,模拟水平地震、重力荷载与轴向压力对箱形截面框架梁的作用。有限元分析结果表明,在设计常用的板件宽厚比范围内,箱形截面梁的弹性屈曲荷载均显著高于其屈服荷载。在水平往复荷载作用下,随着板件宽厚比减小,箱形截面梁极限变形角与延性系数随之增大,抗弯刚度降低速率变缓,塑性耗能能力显著增强。当满足一级抗震宽厚比要求时,焊接箱形截面梁的梁端截面转角约为1/30。承受轴压作用时梁刚度退化很快,变形能力减弱。当轴压比不大于0.2、满足一级抗震宽厚比要求时,梁端截面转角约为1/50。跨高比对梁承载力影响不大,但变形能力可以大幅度提高。横向荷载对梁抗震性能的影响显著,随着静载比（重力荷载代表值与屈服弯矩之比）增大,骨架曲线逐渐发生平移,抗弯刚度降低,耗能性能减弱。当地震弯矩与静力弯矩方向相同时,箱形截面梁承载力显著降低,静载比0.8时极限变形角可减小约50%;当地震弯矩与静力弯矩方向相反时,梁虽然承载力稍有提高,但极限变形角略有减小。     

Interaction of buckling modes in castellated steel beams

This paper investigates the behaviour of normal and high strength castellated steel beams under combined lateral torsional and distortional buckling modes. An efficient nonlinear 3D finite element model has been developed for the analysis of the beams. The initial geometric imperfection and material nonlinearities were carefully considered in the analysis. The nonlinear finite element model was verified against tests on castellated beams having different lengths and different cross-sections. Failure loads and interaction of buckling modes as well as load-lateral deflection curves of castellated steel beams were investigated in this study. An extensive parametric study was carried out using the finite element model to study the effects of the change in cross-section geometries, beam length and steel strength on the strength and buckling behaviour of castellated steel beams. The parametric study has shown that the presence of web distortional buckling causes a considerable decrease in the failure load of slender castellated steel beams. It is also shown that the use of high strength steel offers a considerable increase in the failure loads of less slender castellated steel beams. The failure loads predicted from the finite element model were compared with that predicted from Australian Standards for steel beams under lateral torsional buckling. It is shown that the Specification predictions are generally conservative for normal strength castellated steel beams failing by lateral torsional buckling, unconservative for castellated steel beams failing by web distortional buckling and quite conservative for high strength castellated steel beams failing by lateral torsional buckling.     

钢-混凝土预制板组合梁的试验研究

为研究钢-混凝土预制板组合梁在静载作用下的组合效应,完成了3根钢-混凝土预制板组合梁在跨中集中荷载作用下的试验,结合试验结果与现有的组合梁理论,对钢-混凝土预制板组合梁的抗弯受力性能及其组合效应进行了分析,为该方向的进一步研究提供实用参考价值。     

多孔钢梁在组合屈曲模态下的非线性分析

讨论了一般强度和高强度多孔钢梁在组合屈曲模态下的非线性分析。建立一个考虑腹板和翼缘初始几何缺陷、残余应力和材料非线性等情况的多孔钢梁的三维有限元模型。用具有不同长度,不同截面,不同荷载条件和不同失效模态的多孔梁的试验结果验证了此有限元模型。该模型能计算多孔梁的失效荷载,跨中荷载-挠度关系和失效模态。用120根多孔梁的有限元计算数据进行了参数分析,研究截面几何尺寸,梁长和钢材料强度对多孔梁强度和屈曲性能的影响。参数研究结果显示:由于组合腹板的扭转和腹板后屈曲引起的多孔梁失效对承载力有很大的影响。对于长细比较小的多孔梁,应用高强度钢材料将能显著提高失效荷载值。将有限元计算得到的失效荷载与利用澳洲规范计算的多孔梁平面外屈曲计算结果进行了对比,发现规范的计算结果对于平面外屈曲的一般强度多孔梁是不保守的,而对于组合腹板扭转和腹板后屈曲的高强度多孔梁的失效则非常保守。     

三类简支梁非线性有限元分析

利用ANSYS软件对三类不同情况的简支梁进行了非线性有限元分析,介绍了有限元模型在预应力阶段、开裂和达到极限时的形态。通过有限元分析可以看出施加体外预应力后无缝梁与带缝梁承载能力都得到了提高,可见施加体外预应力来提高梁的承载能力是一种切实可行的加固措施。     

Distortional buckling in braced-cantilever I-beams

This paper deals with distortional buckling of braced-cantilever monosymmetric I-beams under three types of load: a tip point load, a uniformly distributed load and a moment at the end. Top-flange and bottom-flange load positions are considered for the first two load cases. ABAQUS is used for the investigation. The effect of different types of bracing on buckling load is investigated. Results are compared with results from previous experimental investigations. It is also found that top lateral bracings are very effective for beam sections having larger bottom-flanges when a point load or a uniformly distributed load acts at the top-flange, and for the uniform moment case, except for the T-section or the inverted T-section cantilever beams. On the other hand, bottom lateral bracings are very effective for beam sections having larger top-flanges. When loads are placed at the bottom-flange, position of any kind of lateral bracing has practically no effect on the buckling capacity of a monosymmetric cantilever beam, except for the inverted T-section cantilever beams.     

内置钢构架型钢混凝土转换深梁传力机理试验研究

结合深梁的"拉杆-拱"传力机理,提出新型内置钢构架型钢混凝土深梁,将钢构架的各部分杆件分别用于传力机构中的拉杆和压杆中,并对一榀普通钢筋混凝土转换深梁、三榀内置钢构架型钢混凝土转换深梁模型进行试验研究,分析这种新型转换深梁在竖向集中荷载作用下的力学性能和破坏形态,研究深梁在受力过程中的钢筋和钢构架的应变变化特点、传力机理。试验表明内置钢构架型钢混凝土深梁具有承载力高、刚度大、延性好等优点。相同参数条件下,内置钢构架型钢混凝土深梁承载力比普通钢筋混凝土深梁提高30%～40%,抗剪承载力提高幅度尤为显著,刚度提高30%～50%。内置钢构架型钢混凝土转换深梁充分利用了深梁的拉杆拱传力机理,设置钢构架实现以最短、最直接的传力路线和传力方式传递上部荷载。偏于安全估算,钢构架能承担20%深梁总荷载。