水泥土连拱抗滑墙加固结构优化研究

水泥土连拱抗滑墙加固软基边坡,能够充分发挥水泥土抗压能力和抗剪能力,同时从机理上避免弯折效应而又能有效消除随机劣质层的影响。本文对水泥土连拱抗滑墙加固结构的工作性状进行了系统的研究,探讨了加固结构设计参数的变化对边坡抗滑效果的影响。分析了墙厚、连拱抗滑墙进入硬土层深度、抗滑墙长度等参数对加固效果的影响,为工程应用提供了理论指导。     

无波纹拱壳结构极限承载力研究

本通过对波纹拱壳结构和无波纹拱壳结构进行理论分析和几何非线性有限元计算,得出无波纹拱结构的稳定承载力远高于波纹拱壳结构这一有用结论。     

黄土连拱隧道中墙结构的数值模拟研究

隧道施工过程的应力变化对隧道的稳定性有重大的影响。文章通过对离石连拱隧道的二维弹塑性数值模拟,分析了隧道在开挖各阶段的应力和变形情况,针对隧道中墙受力情况进行了专题研讨,进而对连拱隧道的结构设计和施工作了一些探讨。     

平面钢管桁架拱平面外稳定试验研究与有限元分析

对2个跨度为10 m的圆弧形平面圆钢管桁架拱模型进行全跨均布荷载作用下的静力试验研究,分析了平面钢管桁架拱的平面外稳定承载力。引入平面外转动弹簧单元、水平位移弹簧单元,建立弹簧-杆系有限元模型,对试验模型进行非线性有限元分析。试验和有限元分析结果表明：下弦杆无平面外支撑的平面钢管桁架拱,在极限状态时,受压上、下弦杆发生侧向弯曲失稳,并引起整体平面外弯曲失稳破坏;圆钢管相贯节点的平面外转动刚度对试验模型的平面外稳定承载力影响显著。弹簧-杆系有限元分析结果与试验结果较为吻合,可为同类型结构的平面外稳定分析、设计提供参考。     

钢管混凝土抛物线纯压拱平面外稳定性及设计方法

运用大型通用有限元软件ANSYS,对沿跨度方向受竖向均布荷载的抛物线拱进行平面外稳定性分析,从含钢率、混凝土强度等级、钢材等级、面外长细比以及矢跨比参数等方面,分析了影响钢管混凝土抛物线拱平面外稳定性的主要因素,并通过数据整理拟合,得出了钢管混凝土抛物线纯压拱平面外的简便算法。     

浅埋偏压连拱隧道中墙优化分析

浅埋偏压连拱隧道中墙型式直接关系到隧道工程施工及正常运营,本文采用有限元数值方法对不同中墙型式下偏压连拱隧道结构受力特征作了计算分析,偏压连拱隧道采用复合曲中墙结构将有助于改善中墙受力状况,减小应力集中及上部位移,降低衬砌开裂渗水的可能性,从而为偏压连拱隧道合理设计提供理论根据。     

无波纹拱壳结构极限承载力研究

通过对波纹拱壳结构和无波纹拱壳结构进行理论分析和几何非线性有限元计算,得出无波纹拱壳结构的稳定承载力远高于波纹拱壳结构这一结论。     

梁墙平面外节点结构设计的研究

随着高层建筑结构设计的发展,框架-剪力墙结构体系中将大量出现“钢筋混凝土框架梁-剪力墙平面外连接节点”。但是现行的结构设计规范不能确定剪力墙的平面外承载力以及节点核芯区的抗剪承载力。此类问题已引起研究者和工程师们的关注。本文首先对梁墙节点的受力性能进行了有限元分析,然后根据有限元分析结果提出梁墙节点结构设计建议:在剪力墙与框架梁相交处沿墙高方向设置暗柱,同时沿墙宽方向设置明梁。     

墙梁柱复合结构整体受力性能试验

墙梁柱复合结构是一种轻质、环保、节能、便于施工的新型结构体系,可广泛地应用于中小建筑领域。该结构整体性能的好坏是其能否满足建筑安全度和使用功能的关键。为此,进行该结构体系两层足尺寸模型的整体受力性能试验,探讨结构的破坏模式、薄弱位置及刚度变化特征等,以便为进一步优化结构体系和合理地进行结构设计提供依据。     

竖向荷载和水平荷载共同作用下钢管拱平面内稳定承载力设计研究

采用二阶弹塑性有限单元法对竖向荷载和水平荷载共同作用下的圆形截面两铰抛物线钢管拱的平面内稳定承载力进行研究。考虑材料非线性、残余应力、初始几何缺陷、矢跨比和长细比等因素对钢管拱平面内力稳定承载力的影响。结果表明：残余应力对其竖向承载力影响很小;初始几何缺陷会显著降低中等长细比钢管拱的承载力;矢跨比和长细比是影响钢管拱承载力的重要因素,但拱的竖向承载力并不随矢跨比和长细比的均匀变化而变化。研究竖向荷载和水平荷载共同作用下两铰抛物线钢管拱达到平面内极限状态时的N-M相关关系,并拟合两铰压弯抛物线钢拱承载力N-M相关关系统一表达式。提出了竖向荷载为全跨均布和半跨均布荷载,同时考虑水平方向荷载作用的两铰抛物线钢拱平面内整体稳定承载力设计建议,可供相关设计问题参考应用。     

Out-of-plane elastic buckling of I-section steel arches braced laterally and design of bracing stiffness

采用有限元特征值屈曲数值方法,对平面外支撑工形截面圆弧拱弹性屈曲荷载及其刚度取值进行研究。在考虑各种荷载条件与拱脚条件下,研究了支撑刚度,约束类型、数量以及作用位置对钢拱平面外屈曲性能的影响,对于设置等间距侧向支撑的情况,给出了侧向支撑弹性门槛刚度的拟合式,并提出了支撑点间拱段不发生平面外弹性失稳的条件。研究结果表明：平面外支撑越靠近拱顶,其防止平面外失稳的工作效率越高;设置侧向支撑的钢拱屈曲时,随着支撑刚度的增大其屈曲半波数逐渐增加,而仅在拱顶设置扭转约束时始终呈现1个半波失稳模式;从均匀受压圆弧拱的情况获得的等间距侧向支撑门槛刚度,应用在其他组合荷载作用下,同样可以获得足够的支承刚度;当工形截面钢拱的支撑点间拱段长度满足所提出的要求时,钢拱平面外失稳不先于平面内反对称整体失稳。     

有平面外支撑的工形截面圆弧钢拱弹性稳定性能及支撑刚度设计

采用有限元特征值屈曲数值方法,对平面外支撑工形截面圆弧拱弹性屈曲荷载及其刚度取值进行研究。在考虑各种荷载条件与拱脚条件下,研究了支撑刚度,约束类型、数量以及作用位置对钢拱平面外屈曲性能的影响,对于设置等间距侧向支撑的情况,给出了侧向支撑弹性门槛刚度的拟合式,并提出了支撑点间拱段不发生平面外弹性失稳的条件。研究结果表明：平面外支撑越靠近拱顶,其防止平面外失稳的工作效率越高;设置侧向支撑的钢拱屈曲时,随着支撑刚度的增大其屈曲半波数逐渐增加,而仅在拱顶设置扭转约束时始终呈现1个半波失稳模式;从均匀受压圆弧拱的情况获得的等间距侧向支撑门槛刚度,应用在其他组合荷载作用下,同样可以获得足够的支承刚度;当工形截面钢拱的支撑点间拱段长度满足所提出的要求时,钢拱平面外失稳不先于平面内反对称整体失稳。     

两边连接交叉加劲钢板剪力墙弹性屈曲分析

采用ANSYS有限元软件对两边连接交叉加劲钢板剪力墙进行了弹性屈曲分析,重点研究了加劲肋与墙板的刚度比、墙板高厚比、边长比以及加劲肋宽厚比对弹性屈曲系数的影响,并将分析结果与十字加劲板进行了比较.研究表明,交叉加劲肋能够显著提高钢板剪力墙的弹性屈曲荷载,其远大于十字加劲肋;随着墙板边长比和高厚比的增大,屈曲系数趋于减小;而较小的加劲肋宽厚比能使墙板获得较大的屈曲系数;最后给出了两边连接交叉加劲板弹性屈曲系数的计算公式.     

Out-of-plane behavior of brick wall of historical masonry structures

针对历史建筑砌体结构在地震作用下容易发生砖墙平面外破坏与倒塌的问题，设计并制作了4片足尺带正交横墙的砖墙，采用气囊加载施加均布荷载进行了砖墙平面外静力试验，研究历史建筑砖墙平面外破坏模式和受力性能。在此基础上，通过理论分析研究了竖向荷载、墙厚、墙宽、楼(屋)盖形式和砂浆强度等因素的影响，提出了砖墙平面外承载力计算方法。研究结果表明：峰值荷载后砖墙平面外位移急剧增大，但开裂后仍能保持较大的平面外位移而不倒塌；与无楼板砖墙相比，木楼板和混凝土楼板砖墙的初始刚度分别提高了69.9%和68.8%，平面外承载力分别提高了44.5%和54.0%；竖向荷载、墙宽和墙厚对砖墙平面外承载力影响显著，楼板形式有一定的影响，而砂浆强度的影响较小；砖墙平面外承载力的理论结果与试验结果吻合较好。     

Out-of-plane buckling and design of X-bracing systems with discontinuous diagonals

Several analytical studies have been conducted on the out-of-plane buckling of X-bracing systems. Most of these studies do not consider effects of the mid-span (center) connection and inelastic behaviors of X-bracing system. Usually, one diagonal is interrupted at the center and a gusset plate connects it to the other continuous diagonal and the discontinuous diagonal is modeled as partly pinned. In this study, simple approximated solutions are obtained for the direct evaluation of the elastic buckling loads of X-bracing systems with discontinuous diagonals. The effective length factors are suggested for the general case, i.e., tension and compression diagonals have different section properties, lengths, and axial loads. Inelastic buckling loads of X-bracing systems with discontinuous diagonals are also studied. Inelastic buckling loads are determined using column buckling curves with the suggested effective length factor, and are compared with those from FEM analyses. It is found that inelastic buckling loads of X-bracing systems with discontinuous diagonals from the column buckling curves are over-predicted when the stress level of a tension diagonal is high.     

In-plane buckling behavior of slender parabolic concrete-filled steel tubular arches with fixed ends

现有规范采用“等效梁柱法”计算长细比不超过80的钢管混凝土拱的平面内稳定承载力,而实际工程中有近20%拱桥拱肋长细比超过上述限值,即大长细比钢管混凝土拱。因此,利用ABAQUS建立了有限元分析模型,在基于现有试验数据验证模型可靠性的基础上,对大长细比抛物线形钢管混凝土无铰拱在竖向均布荷载作用下的平面内稳定性能进行了分析,研究了长细比、矢跨比、含钢率、混凝土强度和钢材强度对拱肋平面内稳定承载力的影响;基于参数分析结果,对现有平面内整体稳定系数公式进行修正,提出了大长细比抛物线形钢管混凝土拱平面内稳定承载力设计公式。结果表明：拱肋稳定承载力随长细比增大显著降低,随矢跨比和含钢率增加近似线性提高。其中,矢跨比对大长细比拱肋影响更为显著,而含钢率对采用高强钢的拱肋影响更大;所提出的设计公式计算结果与有限元分析结果吻合良好,有限元分析结果与公式预测结果比值的均值为1.02~1.08,标准差为0.039~0.051,变异系数为3.74%~4.72%。     

金属圆弧拱型波纹屋顶屈曲破坏位置简化计算

利用力学原理对金属圆弧拱型波纹屋顶屈曲破坏位置进行了分析,求得一种简化计算的方法。其简化计算结果与试验和有限元计算结果进行对比验证,得出了一些结论。这些结论可为此类大跨度金属圆弧拱型波纹屋顶的设计计算、加工制作等提供有益的参考。     

均匀受压圆弧拱平面外弹塑性稳定设计方法

作为建立压弯钢拱平面外稳定承载力设计方法的第一步,综合考虑拱截面形式、初始几何缺陷、残余应力、矢跨比及拱脚条件的影响,通过弹塑性有限元分析,对均匀受压圆弧拱的平面外稳定承载力进行了数值分析,获得了平面外稳定设计曲线。研究表明：保向力作用下钢拱的平面外初始刚度及稳定承载力明显低于向心力作用下的相应结果,是一种较为不利的工况;相比几何初始缺陷和残余应力,矢跨比和拱脚条件对均匀受压圆弧拱平面外稳定承载力影响较大;通过引入拱正则化长细比,统一了不同矢跨比和拱脚条件的均匀受压圆弧拱的平面外稳定设计曲线的表达式;对于热轧圆钢管截面、焊接箱形截面、焊接工字形截面圆弧拱,可以采用GB 50017-2003《钢结构设计规范》中的b类、c类和d类截面的柱子曲线计算其平面外稳定承载力。     

斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载解析解

以新型空间拱桥——斜靠式拱桥为研究对象,提出斜靠式拱桥发生侧倾失稳时主拱肋与稳定拱肋间横撑切向和径向受力模型,基于Ritz法,构造桥梁各主要构件的变形能、外力势能以及吊杆非保向力势,首次推导出斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的解析解,并通过与有限元计算结果比较,验证该解析解计算公式的正确性。进一步分析稳定拱肋、吊杆非保向力、以及主拱肋与稳定拱肋间横撑对斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的影响。研究结果表明:①增设稳定拱肋可使桥梁侧倾失稳临界荷载提高1.6～1.8倍左右,同时随着稳定拱肋倾角的增加,临界荷载呈增大趋势;②受吊杆非保向力以及桥面系的影响,桥梁侧倾失稳临界荷载可提高约3.5倍左右;③横撑的径向抗弯刚度对斜靠式拱桥侧向失稳临界荷载影响较大。     

Finite element analysis of local buckling behavior of steel plates in concrete-filled double steel plate composite shear walls

采用ABAQUS有限元软件对双钢板-混凝土组合剪力墙中外包钢板的局部屈曲行为进行了有限元模拟,分析外包钢板在轴压作用下的局部屈曲和屈曲后的受力性能。共开展了15个模型的有限元分析,模型的变化参数包括钢板的宽厚比和对拉钢筋的列数。分析结果表明：对于列间距和行间距相同的对拉钢筋布置方案,钢板局部屈曲始终发生在相邻两对拉钢筋之间;钢板发生屈曲后,与屈曲位置相邻的对拉钢筋承受较大的拉力,且对拉钢筋拉力随着对拉钢筋间距的减小而增大;增加对拉钢筋列数和减小钢板宽厚比可有效改善外包钢板的局部稳定性能,提高钢板的承载能力和变形能力;相比点约束,线约束对钢板局部屈曲的约束更为有效;无对拉钢筋模型、单列对拉钢筋模型和双列对拉钢筋模型达到屈服强度（345MPa）所需的最小宽厚比分别为25、30和37.5。