等截面门式刚架结构的几何非线性性能研究

近年来，轻型钢结构门式刚架是钢结构建筑中应用相当广泛的一种结构形式。本应用基于有限元基本理论考虑剪切变形影响的平面梁元切线刚度矩阵，采用动坐标法编制了等截面门式刚架的几何非线性分析程序，应用该程序，讨论了屋面均布荷载作用下等截面门式刚架的整体稳定性能，并探讨了在不同设计荷载作用下，几何非线性对等截面门式刚架的工作性能的影响。     

在荷载作用下变截面门式刚架的优化设计

利用变截面单元beam54离散变截面门式刚架,建立了变截面门式刚架的有限元模型、优化参数模型和在荷载直接作用下的优化数学模型,运用ANSYS的一阶优化算法求解该数学模型获得变截面门式刚架的最优设计,算例表明该方法的优化效果显著,并且效率高,能节省一定钢材,是门式刚架轻量化设计有力的计算机辅助设计方法。     

门式刚架优化设计方法研究

门式刚架梁柱截面的选择规律性不强，不同的设计者会设计出不同的结果，用钢量差异很大．论文以(门式刚架轻型房屋钢结构技术规程)为基础，针对山形变截面门式刚架，采用遗传算法，并用MATLAB语言编制了结构优化程序PFGA．算例表明，该优化方法算法简便，编程简单，可获得全局最优解，优化效果明显．     

大跨度门式刚架轻型钢结构设计

介绍了 4 5 m跨度门式刚架轻型钢结构厂房的设计思路 ,为大跨度门式刚架结构的设计及应用提供借鉴。同时针对大跨度门式刚架结构的设计特点 ,提出了一些建议     

铰接变截面山形门式刚架的拱效应影响

通过考虑铰接变截面山形门式刚架拱效应的影响,把楔形变截面梁柱等效成等截面梁柱,然后分别确定柱的计算长度、梁端内力和临界荷载,得出考虑拱效应作用下的铰接变截面山形门式刚架的计算长度系数是增大的、梁端内力和变截面柱的临界荷载是减小的结论.此结论与实践中得出的结论相吻合.     

轻型门式刚架结构及其最优腹板高度的研究

轻型金刚结构门式刚架是近年来钢结构建筑中应用相当广泛的一种结构形式。本文介绍了轻型门式刚架结构体系在国内外的应用和发展概况;并应用作者编制的结构分析设计程序,通过大量的算例分析,总结了三种单跨轻型门式刚架的主体结构用钢量随腹板高度变化的规律,在此基础上,给出了相应的最优腹板高度范围。     

楔形变截面单跨门式刚架柱计算长度分析

针对《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中刚架柱计算长度系数取值上存在的一些问题－－适用范围小（规定限于屋面坡度很小时公式适用）,而且未考虑斜梁内轴力的不利影响;本文利用有限元法编程对柱脚铰接有侧移楔形变截面单跨门式刚架的整体稳定性进行了大量算例分析,提出了实用的确定楔形刚架柱的计算长度系数的方法。     

坡形门式刚架弹塑性稳定分析

本文提出了坡形门式刚架结构弹塑性稳定的有限元分析方法。文中导出了有大位移及轴向力影响的杆在弹塑性状态下的单元切线刚度矩阵。同时还较全面地考虑了坡形门式刚架横梁受轴力时对柱约束的影响,提供了有利于计算变截面刚架近似处理方法。编制了相应的计算机程序。并进行了模型试验,从试验数据与计算结果来看,较为吻合。     

门式刚架控制截面尺寸和内力对节点设计影响

通过罚函数对单跨铰接变截面门式刚架的优化截面尺寸和内力对节点螺栓、端板设计的影响分析发现,优化设计强调了刚架腹板高度的利用,且有效地改善控制截面内力的合理分布。但端板厚度用目前我国现行的CECS102．2002《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》设计时,由于必须保证其厚度大于16mm,致使不能有效地减少端板用钢量的投入。如果采用EUROCODE3欧洲钢结构规范,则在刚架优化设计条件下,节点端板用材的节省效果将是明显的,在文章的算例中,C,B两节点的用材是传统设计条件下的80．78％。随着端板设计厚度的合理减小,还可以改变节点在反复荷载下的滞回曲线,有利于结构的抗震作用。建议相关部门在下一轮的规范或规程制定时,注意吸收国外的设计理念。     

门式刚架轻钢结构平面内整体稳定分析中的几个问题

针对现行规程对于轻型门式刚架钢结构稳定设计中存在的不足，用有限元法进行了平面内体稳定研究。提出了无侧移刚架的整体稳定的计算长度系数，讨论了在非对称作用下轻型门式刚架结构平面内整体稳定性，研究了主弯矩对于轻型门式刚架的影响，给出了轻型门式刚架平面内整体稳定的计算公式。研究结果可作为轻型门式刚架钢结构稳定设计的参考。     

楔形H型钢构件参数分析及简化计算方法

楔形构件是轻型门式刚架结构体系中经常采用的构件形式,其变宽度腹板的局部屈曲作用不容忽视.本文采用双重非线性有限元法对其进行了较大规模的全过程分析,以构件的荷载-位移曲线为研究对象,重点考察了腹板宽厚比、腹板楔率以及构件长度系数等参数对楔形构件局部屈曲作用的影响.并以弹性力学理论为基础,对参数分析所获得的结果进行了归纳拟合,提出了估算H型钢楔形构件腹板局部屈曲临界应力的简化计算公式以及可以不考虑楔形腹板局部屈曲作用的宽厚比限值.     

剪切型支撑框架弹塑性失稳模式判定准则

为确定水平力对支撑框架弹塑性极限承载力的影响，解决各国规范关于失稳模式判定存在的分歧，采用几何和材料非线性分析方法，考虑了残余应力、长细比、梁柱约束以及构件初始弯曲和结构初始侧移等因素，研究了剪切型支撑框架的稳定极限承载力与支撑刚度的关系，得到了水平力和竖向力共同作用下支撑框架临界支撑刚度公式和失稳模态判定准则，并对一系列层单元模型和2层2跨框架算例进行了弹塑性有限元验证.结果表明，建议公式简单实用，概念明确，且偏于安全.     

群柱失稳研究进展

首先对群柱平面内稳定性进行论述,通过算例分析简单阐述了同层框架柱以及层间框架柱的相互作用机理,并对各国学者在此方面的研究工作进行了总结;然后着重讨论了通高区结构群柱面外稳定问题,包括平面框架（矩形通高区）和曲面框架,其中对平面框架的群柱面外稳定设计方法的研究相对成熟,而对于面外支撑效果更强的曲面框架,通过算例分析了其失稳机理;最后对在高层筒中筒结构和塔结构中大量使用的网格式筒壳结构的群柱稳定问题进行了探讨。结果表明：网格式筒壳结构不同于平面框架,其在失稳时表现出明显的空间变形特性,使得网格式筒壳结构群柱面外稳定设计理论的研究变得非常复杂;各国研究成果较少,严重滞后于工程应用,亟待进一步解决。     

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。     

爆炸荷载作用下钢框架柱冲击响应与破坏模式的数值模拟

目的运用非线性显示动力学有限元方法分析计算爆炸冲击荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．方法基于有限元分析程序ANSYS／LS—DYNA建立三维有限元模型,分析钢框架柱在3种爆炸荷载作用下可能发生的破坏模式特征及其影响因素．结果壳单元shell163考虑了局部屈曲效应和剪切应变的影响,可以有效模拟在爆炸荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．在荷载峰值相同的情况下,荷载持续时间越长,结构的变形越大;荷载冲量相同时,爆炸荷载峰值压力越高,结构的破坏程度越严重．结论钢框架柱的破坏模式与爆炸荷载的作用特征有关：在冲量荷载作用下,钢框架柱倾向发生柱脚剪切破坏和柱中翼缘屈曲破坏;在动力荷载作用下,钢框架柱则倾向发生柱脚剪切破坏;在准静态荷载作用下易发生整体弯曲屈曲破坏．     

变截面门式刚架的几何非线性性能

基于二维等截面梁元几何非线性有限元理论,按照更改的拉格朗日列式法,推导了等截面梁元弹性刚度矩阵与几何刚度矩阵,并推广到变截面梁元;通过对刚架几何非线性性能的分析,结果表明刚架刚度、刚架高度以及水平荷载对刚架几何非线性的影响较大。     

板壳结构屈曲分析的非线性有限元法

为进行板壳结构的屈曲分析.采用三维退化曲壳元离散板壳结构,在 TL 列式下推导了考虑双重非线性的单元切线刚度矩阵,提出采用罚单元法处理结构加载边的位移约束条件.应用所编制的程序,进行了平板、曲壳以及板式门架的双重非线性屈曲分析.对比分析表明了方法的可靠性和有效性.     

板壳结构屈曲分析的非线性有限元法

为进行板壳结构的屈曲分析。采用三维退化曲壳元离散板壳结构，在TL列式下了考虑双重非线性的单元切线刚度矩阵，提出采用罚单元法处理结构加载边的位移的约束条件。应用所编制的程序，进行了平板、曲壳以及板式门架的双重非线性屈曲分析。对比分析表明了方法的可靠性和有效性。     

薄壁构件整体稳定性的有限元模拟

对薄壁构件整体稳定性分析中的薄壁梁单元和壳体单元两种有限元模型的特点进行了讨论,并提出一种新的适用于薄壁构件整体稳定分析的壳体单元模型,该模型可以有效消除各种局部屈曲模态的影响.采用通用有限元软件ANSYS,分别利用壳体单元模型和薄壁梁单元模型,分析了双轴对称截面梁、单轴对称截面梁、轴心受压构件、压弯构件和变截面梁的稳定性,通过与经典解或已有研究结果的比较对有限元模型的可靠性以及存在的问题进行了讨论.通过分析,发现ANSYS的薄壁梁单元模型不能用于分析单轴对称截面梁和压弯构件的弯扭屈曲,同时在分析变截面薄壁构件的稳定性时可能产生较大的误差;常用壳体单元模型可能由于截面的局部屈曲模态不能得到整体屈曲的临界荷载;提出的壳体单元模型可以精确模拟薄壁构件的整体稳定性.此外,提出的壳体单元模型不仅可以用于分析薄壁构件的整体稳定性,也可以作为检验薄壁构件整体稳定理论正确性的重要依据.     

门式钢框架稳定分析的精细传递矩阵法

将精细传递矩阵法应用于门式钢框架的稳定分析,研究门式钢框架在考虑构件轴向变形及不考虑轴向变形时的屈曲荷载.根据精细传递矩阵法原理和压杆微弯平衡状态下的平衡微分方程,建立门式钢框架稳定分析的精细传递矩阵式.并运用精细传递矩阵法对铰支约束下的门式钢框架进行了屈曲荷载的计算.计算结果与有限元软件ANSYS的计算结果基本一致,...