横梁加强型人字形支撑的抗侧力性能

对人字形支撑进行弹塑性分析,变化支撑长细比和支撑倾斜角度,考虑四种不同的横梁加强程度。研究表明加强横梁可以延缓受压支撑屈曲后承载力的退化和作为受拉支撑的支点让其受拉屈服,使支撑架的极限承载力高于屈曲承载力。拟合了抗侧极限承载力和超强系数公式;分析发现,成对的中等长细比的人字支撑在达到抗侧极限承载力后有明显退化,因而抗震性能较差;提出了受压支撑屈曲后剩余承载力随层侧移角变化的公式,推导了受压支撑屈曲和受拉支撑屈服时的层侧移角公式,分析了横梁跨中承受的竖向不平衡力随层侧移角和支撑长细比的变化规律,提出了计算公式。     

基于轴力权重的有侧移钢框架整体稳定性的实用算法

针对规范计算长度系数法逐个构件验算确定钢框架整体稳定的不便以及无法考虑同层柱间的相互支援以及层与层的支援作用的不足,该研究基于弹簧-摇摆柱模型阐述了有侧移框架结构失稳的物理意义。通过结构转换的概念,首先利用框架重复单元求解楼层抗侧刚度及利用临界刚度比系数求解楼层荷载刚度,然后将楼层抗侧刚度和荷载刚度进行整体组装,将求解钢框架整体稳定临界承载力的二阶计算转化为确定框架整体抗侧刚度的一阶问题,最后基于轴力权重加权平均的方法考虑楼层刚度激活程度,获得可直接计算钢框架临界承载力的计算公式。该公式能够判断结构的薄弱层,可以定量地计算楼层之间相互支援程度,避免了计算长度系数法可能因无法考虑两种支援作用造成的不合理设计。算例计算结果表明,该方法具有很好的精度及准确性,可供工程设计使用。     

钢管混凝土哑铃形轴压长柱极限承载力研究

共进行了10根不同长细比的钢管混凝土哑铃形轴压长柱(5根强轴向破坏,5根弱轴向破坏)的试验研究。对于沿强轴方向失稳破坏的试件,通过在弱轴方向焊接波形钢板以加大其抗弯刚度来实现,试验结果表明这一方法是可行的。与单圆管轴压长柱相似,哑铃形轴压长柱试件的极限承载力和弹塑性阶段切向刚度均随着试件长细比的增加而减小。但相同长细比情况下,与单圆管长柱弹性失稳破坏不同,哑铃形长柱属弹塑性失稳破坏。提出了哑铃形轴压长柱的非线性有限元计算方法,并进行了长细比对极限承载力影响的参数分析。研究结果表明:哑铃形轴压长柱的稳定系数与单圆管的不同,但沿强轴、弱轴向失稳的极限承载力随长细比变化而变化的规律基本一致,提出了将二者统一的稳定系数简化计算公式。     

钢管混凝土哑铃形偏压长柱极限承载力研究

以长细比和偏心率为参数,进行了共16根钢管混凝土哑铃形偏压柱的试验。介绍了试验过程和试件的破坏形态,对试件的荷载-变形曲线、极限承载力等进行了分析。试验结果表明:钢管混凝土哑铃形偏压长柱属整体破坏,其极限承载能力和弹塑性阶段的切向刚度随着构件长细比和偏心率的增加而降低。建立了有限元模型,对哑铃形偏压长柱进行了受力全过程和极限承载力分析。分析表明:长细比和偏心率两个参数对钢管混凝土哑铃形偏压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。稳定系数的计算公式可采取与哑铃形轴压长柱相同的计算公式。偏心率折减系数可采用本文通过对试验数据和有限元计算数据的回归拟合出的计算公式。     

多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法研究

剪切型支撑钢框架整体稳定计算需考虑钢框架与剪切型支撑之间的相互作用,还需要考虑同层柱间的相互支援以及层与层之间的支援作用,规范计算长度系数法无法考虑这些因素可能会造成不合理设计。提出了一种计算多层剪切型支撑钢框架整体稳定性的解析算法,首先分析了支撑刚度与结构临界承载力之间的关系,推导了层临界支撑刚度计算公式,接着利用弹簧-摇摆柱力学模型推导了任意支撑下框架柱临界刚度比系数计算公式,然后将各楼层的有效抗侧刚度及荷载刚度进行楼层间的组装,将求解剪切型支撑钢框架的临界承载力转化为求解结构的楼层有效抗侧刚度,最后基于轴力权重加权平均的方法推导了可直接求解多层剪切型支撑钢框架临界承载力的计算公式,该公式能够判断结构的薄弱层,可以定量地计算楼层之间相互支援程度,有效地弥补规范尚无法求解弱支撑钢框架柱计算长度系数的不足。     

无侧移半刚接钢框架柱考虑剪切变形影响的计算长度系数研究

通过引入梁柱线刚度比修正系数考虑节点连接的非线性,采用变刚度螺旋弹簧模拟节点半刚性,推导了无侧移半刚接钢框架考虑剪切变形影响柱子的计算长度系数计算公式。分析结果表明,当柱子的长细比较小时,在进行半刚接无侧移钢框架稳定分析时,柱子的计算长度系数考虑剪切变形和不考虑剪切变形二者有明显区别。由于钢框架半刚性节点对柱子的约束能力较弱,稳定分析中忽略剪切变形影响对柱子稳定计算将产生一定误差。考虑剪切变形影响与不考虑剪切变形影响两种情况相比较,柱子计算长度系数μ值增大的范围为5.6%―10.2%。因此在对无侧移半刚接钢框架柱子进行稳定分析时,应考虑剪切变形对柱子稳定承载能力的不利影响。     

钢管混凝土框架柱计算长度研究

钢管混凝土框架柱计算长度是合理正确计算其承载力的重要参数,是进行钢管混凝土结构内力分析和设计必不可少的参数,因缺乏系统研究,现行钢管混凝土框架柱计算长度暂参照钢框架柱取值,由于两种结构体系受力特性的差异会导致结果不合理。该文基于ABAQUS软件,通过合理选取钢管混凝土框架的稳定简化模型,同时考虑几何非线性和材料非线性的影响对框架体系进行非线性屈曲分析,从而求解有侧移和无侧移钢管混凝土框架柱计算长度。在此基础上通过大量参数分析,分别得到了有侧移和无侧移钢管混凝土框架柱计算长度系数表,并回归了简化计算公式。为比较不同方法计算结果的差异,选取某四层四跨钢管混凝土框架典型算例进行比较,结果表明:该文考虑初始缺陷和非线性行为所得到的计算长度系数取值方法比现行按采用钢框架柱计算方法的结果偏大,无侧移框架柱变化范围为0.97%~4.05%,有侧移框架柱变化范围为9.95%~27.17%,可见材性差异及初始缺陷对计算长度系数影响较大,不可忽视。     

梁翼缘削弱型节点钢框架柱弹性稳定分析

采用变截面梁的转角位移方程,通过分析柱子的近端影响,推导出翼缘削弱型节点(RBS)无侧移和有侧移框架柱分别对应的计算长度系数?值的计算公式。通过引入梁柱修正线刚度比,RBS节点框架柱计算长度系数的计算公式可写成现行《钢结构设计规范》附录D的公式形式。研究结果表明:RBS节点无侧移框架柱的计算长度系数基本等同于普通刚接钢框架柱的计算长度系数,建议在简化计算中可直接按普通无侧移钢框架来计算;但对RBS节点有侧移钢框架,由于梁翼缘削弱,柱计算长度系数比普通刚接有侧移钢框架柱的计算长度系数有较大增加,已超过工程设计的允许误差,设计中应考虑其不利影响。     

初应力对钢管混凝土单圆管拱极限承载力影响的研究

钢管混凝土拱施工时在管内混凝土固结前,钢管拱肋要承担其自重和管内混凝土的重量,在钢管上产生了初应力。进行了4根具有不同初应力度的钢管混凝土单圆管拱极限承载力的试验和初应力对钢管混凝土拱极限承载力影响的有限元参数分析。结果表明,初应力不影响其破坏模式,但会使极限承载力降低。初应力度对极限承载力的影响,还与拱的长细比和矢跨比有关,而与加载方式相关不大。初应力作用下钢管混凝土单圆管拱极限承载力的计算可以用初应力度折减系数Kp与无初应力拱的极限承载力Pu0相乘得到,其中初应力度折减系数Kp可由与长细比有关的系数乘以矢跨比有关的系数的双系数乘积求得,而无初应力拱的极限承载力用修正的等效梁柱法计算。     

横梁未加强型人字撑框架体系的抗侧性能

对7组横梁未加强的人字支撑框架进行弹塑性分析,支撑几何长细比从43变化至132,支撑又分承担和不承担竖向重力两种。研究表明重力荷载使支撑提前屈曲,降低了支撑抗侧力峰值,抗震设防烈度越低,其影响越大。通过对整体、支撑和框架的侧力-侧移曲线的分析,解释了设计人字撑横梁时不应考虑跨中支撑点作用的原因,对欧美日等将中等长细比的支撑框架列为抗震性能最差的框架支撑体系提供了解释。揭示了支撑与框架的极限抗侧力不同时出现的重要现象,提出了设计对策;提出了塑性破坏机构,推导了横梁跨中挠度和支撑出平面外位移与层侧移角的关系。     

基于拱梁分载法的高薄拱坝水平拱圈曲折稳定评价

该文针对深山峡谷中高拱坝半径较小且截面尺寸较大, 曲率和剪切变形对临界荷载的影响较为明显的特点, 基于大曲率深拱问题在拱坝中应用的理论和经典的拱梁分载理论, 对《拱坝抗曲折稳定分析再探》中的算例重新校核, 重新定义拱坝水平拱圈的抗曲折稳定系数, 并结合柔度系数绘制两者关系曲线, 更直观的判定水平拱圈的稳定性。结果表明:对于拱坝的中上部, 拱圈起主要承载作用, 拱圈的稳定性较弱, 曲率和剪切变形的影响不明显, 容易发生失稳, 故在校核稳定时应当给予重视;对于中下部, 拱圈的稳定性较强, 但剪切与曲率的影响较为明显, 并且剪切变形的影响大于曲率的影响;高拱坝的柔度系数越大则拱圈曲折失稳范围越大, 柔度系数为10时坝高全范围拱圈将不曲折失稳。     

腹板开洞的工形截面拱的平面内特征值屈曲性能

用有限元模型分析了受径向均布荷载的腹板开洞的工形截面圆弧拱的平面内特征值屈曲性能。选用板壳单元构建了有限元模型,得出了较准确的特征值屈曲荷载和屈曲模态,获得了三种典型的特征值屈曲模态;通过选用一种代表开洞拱效率的特征值屈曲荷载参数,研究了腹板孔洞的半径和间距的优化尺寸。通过一系列拱的数值分析,给出了拱的矢跨比、长细比、孔洞的半径和间距对特征值屈曲荷载的影响,并把这些参数的影响归结为两个参数k和α,给出了这种腹板开洞拱的特征值屈曲荷载的简化计算公式。     

Non-linear buckling analysis of tapered curved composite plates based on a simplified methodology

Very large number of load steps is required to determine the buckling load based on the non-linear analysis in which the stability limit load is calculated from the non-linear load–deflection curve. In the present work, a simplified methodology is developed to predict the stability limit load that requires the consideration of only two load steps. The stability limit loads of the tapered curved plates are calculated using this methodology. Based on the first-ply failure analysis and the simplified non-linear buckling analysis, the critical sizes and parameters of the tapered curved plates that will not fail before global buckling are determined. The stability limit loads calculated using the present simplified methodology are shown to have good agreement with that calculated based on the non-linear load–deflection curve using the conventional non-linear buckling analysis methodology.     

加劲钢板剪力墙弹性抗剪屈曲性能研究

系统地分析了三个主要参数(板高厚比λ、肋板刚度比η和柱刚度β)对钢板剪力墙弹性屈曲性能的影响;提出了钢板剪力墙的三种弹性屈曲形式(局部屈曲、整体屈曲和相关屈曲),指出肋板刚度比η=40时(相当于I s=3.7bt3)能保证十字加劲板发生小区格板的局部屈曲或整块板的相关屈曲;指出现行高层建筑钢结构规范用于纵横加劲板局部屈曲荷载的设计表达式仅适用于η≥40的条件,而在η<40范围内,其计算结果偏于不安全;研究了交叉加劲板的弹性屈曲荷载,并与非加劲板和十字加劲板的屈曲性能进行了比较;最终给出了柱刚度对弹性屈曲荷载的修正系数,提出了交叉加劲板弹性屈曲荷载的简化计算公式。     

倒三角截面空间桁架拱平面外弹塑性稳定设计方法研究

该文研究了倒三角截面两铰桁架拱和固支桁架拱的平面外稳定性能:首先介绍了倒三角形桁架拱的平面外弹性屈曲荷载,此后采用大挠度弹塑性有限元方法,通过引入纯压正则化长细比和纯弯正则化长细比,分别建立了纯压和纯弯桁架拱的平面外弹塑性稳定设计方法。在此基础上,研究了杆件的变形对桁架拱平面外整体稳定性能的影响,并通过两个相关系数将该影响体现在稳定承载力设计方程中。进一步,依据有限元数值计算结果,提出了全跨水平均布荷载或半跨水平均布荷载作用下桁架拱的轴力和弯矩稳定承载力设计方程,供倒三角截面桁架拱平面外稳定性设计。     

巨型悬挂结构的稳定性研究

该文首先研究了单个吊挂荷载的悬挂结构的弹性屈曲,求得了解析解。对多层吊挂荷载的巨型悬挂结构,运用连续化模型,推导了稳定平衡微分方程。结果表明:悬挂结构的弹性稳定,等同于将竖向荷载直接作用于悬挂巨型柱相同高度处的变轴力巨型框架柱的稳定。运用能量法,求出了竖向均布荷载作用下两端转动约束柱的屈曲荷载表达式,采用有限元方法验证其具有良好的精度。对两个巨型层的悬挂结构,用初等代数方法阐述了考虑层与层相互作用的屈曲荷载求解方法,与有限元方法比较表明,初等代数方法也具有良好的精度。     

Buckling analysis of functionally graded microbeams based on the strain gradient theory

The buckling behavior of size-dependent microbeams made of functionally graded materials (FGMs) for different boundary conditions is investigated on the basis of Bernoulli–Euler beam and modified strain gradient theory. The higher-order governing differential equation for buckling with all possible classical and non-classical boundary conditions is obtained by a variational statement. The effects of the power of the material property variation function, boundary conditions, slenderness ratio, ratio of additional material length scale parameters for two constituents, beam thickness-to-additional material length scale parameter ratio on the buckling response of FGM microbeams are investigated. Some comparative results are presented in tabular and graphical form in order to show the differences between the results obtained by the present model and those predicted by modified couple stress and classical continuum models.     

Influence of a central straight crack on the buckling behaviour of thin plates under tension,compression or shear loading

Thin-walled structural components, such as plates and shells, are used in several aerospace, naval, nuclear power plant, pressure vessels, mechanical and civil structures. Due to their high slenderness, the safety assessment of such structural components requires to carefully assess the buckling collapse which can strongly limit their bearing capacity. For very thin plate, buckling collapse can occur under shear, compression or even under tension. In the latter case, fracture or plastic failure can also take place instead of elastic instability. In the present paper, the effects of a central straight crack on the buckling collapse of rectangular elastic thin-plates—characterized by different boundary conditions, crack length and orientation—under compression, tension or shear loading are analysed. Accurate FE numerical parametric analyses have been performed to get the critical load multipliers in such loading cases. Moreover the effect of crack faces contact is examined and discussed. Some useful conclusions related to the sensitivity to cracks of the buckling loads for thin plates, especially in the case of shear stresses, are drawn. Cracked plates under tension are finally considered in order to determine the most probable collapse mechanism among fracture, plastic flow or buckling and some failure-type maps are determined.     

Nonlinear buckling of simple frames subjected to a uniform couple distribution

In this investigation a variational approach is employed to examine the post-buckling behavior of simple frames subjected to a uniform couple distribution. It is established that these frames lose their stability through a limit point. Moreover, their primary path is associated with bending from the onset of loading. The analysis of two discrete models provides a better understanding into the actual mechanism of buckling associated with the aforegoing type of loading.     

考虑受压屈曲的圆钢管杆单元等效弹塑性滞回模型

强震作用下网格结构杆件的破坏形式为受拉屈服和受压屈曲,而常用的理想弹塑性模型却不能考虑杆件受压屈曲的情况。使用LS-DYNA软件对不同长细比圆钢管杆单元的受压极限承载力、屈曲前后平衡路径以及卸载路径进行计算,并分析拉压往复作用下的滞回规律。通过统计这些杆单元的轴力、伸长量与长细比之间的关系,提出了一个能同时考虑受拉屈服和受压屈曲的圆钢管杆单元的等效弹塑性滞回模型。进一步将该等效弹塑性模型应用于一球面网壳结构的罕遇地震作用时程计算,发现杆件的破坏形式和结构薄弱区域与理想弹塑性模型的结果有明显区别,也反映了本文提出的等效弹塑性滞回模型的有效性。