合肥新桥国际机场航站楼转换节点模型承载性能有限元分析

为得到合肥新桥国际机场航站楼钢结构屋盖中转换节点构件的承载性能,以转换节点部分为重点研究对象,采用千斤顶单拉和单压加载的方式,进行了两个转换节点模型的试验研究.本文建立了试验构件的有限元模型,将试验结果与有限元计算结果进行了对比和分析.有限元计算有效模拟了试验构件的承载性能,试验和有限元结果吻合较好,证明了设计的合理性和安全性.缩尺构件为焊缝断裂的脆性破坏,足尺模型为钢管的压屈破坏,通过施加不同大小的初始缺陷,分析了初始缺陷对于转换节点构件承载性能的影响,发现转换节点构件对于局部的初始缺陷不敏感.通过试验模型的有限元分析,与试验数据相互验证,为设计提供了理论依据.     

大跨结构箱形曲梁的平面内整体稳定性能分析

为研究两端铰接圆弧轴线箱形截面曲梁的平面内整体稳定性能,采用数值方法对其进行了理论研究,采用ABAQUS有限元软件建立了二维的曲梁模型,模拟曲梁的平面内稳定问题。研究了不同圆心角、不同长细比,以及不同大小的初始几何缺陷对圆弧轴线箱形截面曲梁平面内稳定性能的影响,得到了弹性屈曲系数的数值解与经典理论解的差异和规律,给出了初始几何缺陷对稳定系数和正则化长细比关系曲线的影响,并且计算得到了该形式曲梁的轴力-弯矩关系曲线。提出的圆弧轴线箱形截面曲梁平面内稳定的设计公式可为今后的设计提供理论依据和建议。     

Q690高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定研究及设计建议

为研究Q690高强钢焊接箱形轴心受压构件的整体稳定性能,给出适合该类构件的设计建议,通过对3根Q690焊接箱形截面试件的残余应力试验,得到了箱形截面的残余应力分布模型。设计并制作了5根Q690焊接箱形柱,并对其两端铰支条件下进行了轴压试验研究,试验前分别对试件的几何初始缺陷和初始偏心均进行了测量。轴压试验中,所有试件破坏形式均为整体失稳破坏。基于试验结果,分析了该试件的整体稳定性能,采用直接分析法建立了数值模型,并校验了数值模型的准确性。同时,采用该数值模型对箱形轴压构件进行了参数分析,基于试验和参数分析结果,给出了Q690焊接箱形轴压构件的一阶弹性设计建议。     

大跨结构箱形曲梁承载性能的影响因素分析

以合肥新桥国际机场航站楼箱形曲梁构件为背景,针对曲梁的截面形式(长宽比)、截面板厚以及曲梁构件的轴线曲率对构件极限承载力的影响做了参数分析。采用ANSYS有限元软件进行建模计算,得到了上述三种参数的影响。计算发现,截面高宽比增加可增加构建承载力,翼缘板厚和腹板厚的增加会导致截面承载力基本呈线性增加,随着截面曲率半径R的增大,会使截面承载力呈先增后减的变化趋势。本文的计算结果也为曲梁构件的设计和研究提供了理论依据。     

门式钢管脚手架稳定承载力的有限元分析

为了对新型门式钢管脚手架的承载性能有充分的认识,保证其安全性,提出较准确的有限元分析模型以供参考。本文在对由两种新型门架(MF0817、MF1017)组成的三步六跨门式钢管脚手架承载性能进行试验研究并将其简化为平面框架进行稳定计算的基础上,应用有限元分析软件ANSYS对3组脚手架试验方案进行数值模拟计算,包括特征值屈曲分析以及考虑构件的初始缺陷和结构的几何非线性的极限承载力分析,并将有限元分析结果与试验结果及解析解进行对比。分析结果表明,构件的初始缺陷对脚手架的稳定承载力影响较大,有限元分析结果与试验研究结果吻合较好,本文所建的有限元模型能较真实地反映结构实际受力情况。     

门式钢管脚手架稳定承载力的有限元分析

为了对新型门式钢管脚手架的承载性能有充分的认识,保证其安全性,提出较准确的有限元分析模型以供参考.本文在对由两种新型门架（MF0817、MF1017）组成的三步六跨门式钢管脚手架承载性能进行试验研究并将其简化为平面框架进行稳定计算的基础上,应用有限元分析软件ANSYS对3组脚手架试验方案进行数值模拟计算,包括特征值屈曲分析以及考虑构件的初始缺陷和结构的几何非线性的极限承载力分析,并将有限元分析结果与试验结果及解析解进行对比.分析结果表明,构件的初始缺陷对脚手架的稳定承载力影响较大,有限元分析结果与试验研究结果吻合较好,本文所建的有限元模型能较真实地反映结构实际受力情况.     

460MPa高强钢柱整体屈曲性能:试验研究及设计方法

受压柱的整体屈曲性能是钢结构研究的重要课题之一,尤其是近几年来应用越来越多的高强钢。对460MPa高强受压构件的整体屈曲性能进行试验研究。对包括焊接箱形截面和I形截面的12根钢柱进行试验。测量构件的残余应力、初弯曲和加载偏心率等初始缺陷。结合试验结果研究其屈曲变形和屈曲承载力。建立有限元模型,并与当前及以往研究中考虑初始缺陷的试验数据进行对比。采用经过验证的模型对大量不同截面尺寸和不同长度的柱的屈曲承载力进行估算,并将计算结果与其他钢结构规范的设计值进行对比。结果表明:460MPa高强钢柱,其无量纲屈曲强度与普通强度钢柱相比明显提高,并给出了相应的柱曲线和设计公式。     

高强钢焊接箱形轴压构件整体稳定设计方法研究

与普通强度钢材轴压构件相比,高强钢轴压构件的整体稳定承载力受构件初始缺陷,特别是受截面残余应力的影响显著降低,其整体稳定系数明显提高。国内外现行的钢结构设计规范制定的柱子曲线均是基于普通强度钢材构件的研究,现有针对高强钢轴压构件整体稳定性能的少量研究仅针对特定强度等级钢材提出了设计建议或方法。为研究不同等级高强钢轴压构件的整体稳定设计方法,全面总结了国内外现有高强钢焊接箱形截面轴压构件的试验研究,并采用三维有限元模型模拟了试件的整体稳定性能,分析过程考虑了几何初始缺陷、残余应力以及几何和材料非线性的影响。利用验证后的数值模型进行了大量参数分析,算例包括8种钢材强度等级、6种截面尺寸以及长细比不同的构件。结果表明,高强钢焊接箱形轴压构件的整体稳定性能随强度等级提高而提高。根据数值计算结果与我国钢结构规范设计曲线的对比分析,建议强度等级为Q460、Q500、Q550、Q620、Q690、Q800钢材焊接箱形轴压构件(板厚小于40mm)按b类曲线进行设计,Q890和Q960的钢材焊接箱形轴压构件(板厚小于40mm)按a类曲线进行设计。此外,还提出了更新的柱子曲线公式。     

不锈钢箱形截面轴心受压构件整体稳定性有限元研究

为研究不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性,采用ANSYS软件对奥氏体和双相体两种不锈钢箱形截面轴心受压构件的整体稳定性进行了数值模拟,模拟中考虑了材料的非线性本构模型、构件的初始几何缺陷、残余应力的影响。重点通过不锈钢箱形截面构件在轴压作用下的荷载-位移曲线、截面应变发展情况及极限承载力对其整体稳定性能进行阐述。通过对比有限元模拟值、试验值以及根据规范计算的承载力,认为采用ANSYS软件能对不锈钢箱形截面轴心受压构件进行准确地模拟,残余应力对箱形截面的极限承载力影响较小,《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)不适用于不锈钢整体稳定性设计。     

高强度等边角钢轴心受压局部稳定的有限元分析和设计方法研究

随着钢结构的发展,高强度热轧等边角钢在钢结构中的应用逐渐增多,如输电铁塔和大跨度桁架等。然而由于强度的提高,较多数量角钢截面的等效宽厚比超过规范的限值,不满足局部稳定的要求。我国现行规范尚未对这一问题给出明确规定。运用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,准确模拟构件的残余应力和几何初始缺陷,对15个高强度热轧等边角钢轴心受压构件的局部稳定受力性能进行有限元分析,并与相应的试验结果进行对比。比较结果表明,建立的有限元模型能够准确模拟几何初始缺陷和残余应力对构件局部稳定受力性能的影响,从而准确地分析计算高强度热轧等边角钢轴心受压构件的局部稳定受力性能。利用已验证的有限元模型,对高强度热轧等边角钢轴心受压构件的局部稳定受力性能进行有限元参数分析,并与美国规范和欧洲规范的设计方法进行对比。结果得到:几何初始缺陷和残余应力对于高强度热轧等边角钢轴心受压构件局部稳定承载力的影响比普通钢材受压构件小;美国钢结构设计规范能够更准确的计算Q420等边角钢轴心受压构件的局部稳定承载力。     

Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能研究

为研究高强度钢材轴心受压钢柱的整体稳定性能,对5个国产Q460钢材焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究。试验对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。基于试验结果,分析了该类钢柱的失稳破坏形态和整体稳定承载力,建立了有限元分析模型并对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：试件破坏模态均为整体弯曲失稳形态,大部分试件稳定承载力高于规范设计值;有限元分析模型能够准确地考虑几何初始缺陷和残余应力的影响,计算结果与试验结果吻合良好;通过与国内外钢结构设计规范的对比,提出了国产Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定设计的建议方法,即可以统一采用我国或欧洲规范的b类曲线进行设计,而不需要按板件宽厚比大小进行分类。     

激光焊接不锈钢工字形截面中长柱受力性能研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢工字形截面轴心受压中长柱的承载性能,对10根激光焊接不锈钢工字形薄柔截面中长柱进行轴心受压试验研究,结果表明,中长柱的破坏模式均为板件局部屈曲与构件整体弯曲屈曲的相关失稳。同时,基于残余应力试验,验证了已有激光焊接不锈钢工字形截面的残余应力分布模型。基于试验结果验证了有限元模型,对激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压中长柱开展参数分析,研究了几何初始缺陷和残余应力对中长柱稳定承载力的影响,结果表明,残余应力是影响中长柱稳定承载力的主要因素。结合试验和有限元计算结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》中轴心受压构件稳定承载力设计公式的适用性进行评估,并考虑残余应力的影响修正了轴心受压构件整体稳定设计公式的计算系数。采用修正后计算系数的规范公式能准确计算激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压构件的稳定承载力。     

网架组合杆件屈曲后性能研究

目前,大跨度空间网架组合杆件的设计与计算都是依据单根杆件的简化模型进行的,未考虑构件与构件之间的组合效应,计算长度系数通常取1,与实际受力情况有所不同。利用数值模拟与试验相结合的方法对组合杆件的屈曲后性能进行研究,考虑初始缺陷以及构件与构件之间组合效应的影响,运用ABAQUS有限元软件对组合杆件的滞回性能进行模拟分析,并通过试验验证了模拟结果的正确性,最终得到组合杆件的计算长度系数以及滞回模型。     

960 MPa高强度钢材轴压构件整体稳定性能试验研究

为研究960 MPa高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对6个焊接工字形和等边箱形截面试件进行了静力试验研究,测量了试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面残余应力分布等初始缺陷,分析了试件的失稳破坏形态,得到了整体稳定承载力,并与规范设计曲线进行了对比分析。利用试验结果验证了有限元分析模型,并进行参数分析。研究结果表明：试件的破坏模态均为整体弯曲失稳,除两个几何初始缺陷过大的试件外,其他试件的整体稳定系数试验值均明显高于规范设计值;参数分析结果表明,960 MPa钢材焊接截面轴压构件的整体稳定系数较普通钢材显著提高,建议采用GB 50017-2003中的a类柱子曲线设计此类轴压构件,同时拟合了960 MPa高强度钢材的柱子曲线公式。     

960 MPa高强度钢材轴压构件整体稳定性能试验研究

为研究960 MPa高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对6个焊接工字形和等边箱形截面试件进行了静力试验研究,测量了试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面残余应力分布等初始缺陷,分析了试件的失稳破坏形态,得到了整体稳定承载力,并与规范设计曲线进行了对比分析。利用试验结果验证了有限元分析模型,并进行参数分析。研究结果表明:试件的破坏模态均为整体弯曲失稳,除两个几何初始缺陷过大的试件外,其他试件的整体稳定系数试验值均明显高于规范设计值;参数分析结果表明,960 MPa钢材焊接截面轴压构件的整体稳定系数较普通钢材显著提高,建议采用GB 50017—2003中的a类柱子曲线设计此类轴压构件,同时拟合了960 MPa高强度钢材的柱子曲线公式。     

高强钢箱形轴压及偏压构件相关屈曲有限元模型的建立与验证北大核心CSCD

综合考虑高强钢箱形轴压和偏压构件初始缺陷(整体、局部初弯曲)、残余应力以及几何、材料非线性的影响,采用有限元软件ANSYS建立有限元模型,并利用已有试验数据分析网格划分方式、初始缺陷施加形式等对有限元模型计算结果的影响。研究结果表明,采用残余应力文件进行两次导入,能获得较好的残余应力模拟效果;单元纵横比控制在1∶3之内时,能保证有限元模型得到较好的分析结果;基于本文分析所建立的有限元模型能很好地模拟相关构件。     

不锈钢箱形截面柱抗震性能研究

文章采用有限元软件ANSYS建立不锈钢箱形截面柱有限元分析模型,并基于试验结果验证了该模型的有效性。采用该模型分析了板件几何初始缺陷、宽厚比和轴压比对不锈钢箱形截面柱抗震性能的影响,并对比分析了奥氏体型不锈钢S30408、双相型不锈钢S22053、碳素钢Q235和低合金高强钢Q460箱形截面柱抗震性能的差异。最后,根据有限元分析结果对现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)中箱形截面柱板件宽厚比限值对于不锈钢箱形截面柱的适用性进行讨论,并针对不锈钢箱形截面柱提出不同抗震等级的延性定量判定标准和宽厚比设计建议。     

不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴面内稳定性能研究

为研究S30408(EN1.4301)不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴的面内稳定性能，对18个中长柱进行偏心加载试验，分析其绕弱轴的失稳破坏模态和面内稳定承载力。试验前测量试件初始几何缺陷、荷载初偏心及截面残余应力分布。采用有限元软件ABAQUS建立不锈钢热轧槽钢压弯构件有限元模型，经与试验结果对比验证后开展参数分析，研究了初始几何缺陷及纵向残余应力对不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴面内稳定性能的影响。基于试验及有限元分析结果对现行规范CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》(简称规范)设计方法进行评估，并提出了改进设计建议。研究结果表明：中长柱的破坏模态均为绕弱轴整体弯曲失稳；按照规范计算得到的不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴面内稳定承载力较试验值总体偏于保守，对于试验及有限元分析结果与规范公式计算结果比值，正偏心工况下为1.31,负偏心工况下(弯矩作用使槽钢翼缘肢尖受拉)为1.21且部分试件偏于不安全；改进的设计方法能较合理地预测不锈钢热轧槽钢压弯构件绕弱轴的面内稳定承载力，对于试验及有限元结果与改进设计方法计算结果比值，正偏心工况下为1.07,负偏心工况下为1.05。     

高强钢薄壁箱形截面轴压构件整体稳定承载能力研究

为研究18Mn2Cr Mo BA高强钢材轴心受压构件的整体稳定承载能力,对8个高强钢板冷弯成槽形并对焊成形的薄壁箱形截面构件进行轴心受压试验研究。通过建立有限元模型分析高强钢薄壁箱形截面压杆稳定承载力,分析对比发现计算结果与试验结果吻合良好。利用有限元软件分析了48个不同截面、不同长细比的构件,将试验结果、有限元分析结果与GB 50017—2003《钢结构设计规范》进行对比,发现其比b类曲线高、比a类曲线略低。建议该类杆件的设计采用GB 50017—2003的b类曲线。     

高强钢箱形轴压及偏压构件相关屈曲有限元模型的建立与验证

综合考虑高强钢箱形轴压和偏压构件初始缺陷(整体、局部初弯曲)、残余应力以及几何、材料非线性的影响,采用有限元软件ANSYS建立有限元模型,并利用已有试验数据分析网格划分方式、初始缺陷施加形式等对有限元模型计算结果的影响。研究结果表明,采用残余应力文件进行两次导入,能获得较好的残余应力模拟效果;单元纵横比控制在1∶3之内时,能保证有限元模型得到较好的分析结果;基于本文分析所建立的有限元模型能很好地模拟相关构件。