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。     

非等高双重抗侧力体系的稳定性

该文研究了非等高的双重抗侧力体系的稳定性。首先, 分析了弯曲型高-剪切型低的双重抗侧力体系, 提出了该结构体系的屈曲方程及稳定临界荷载解析解。通过分析弯曲型高-剪切型低的双重抗侧力体系的上下两部分存在相互支援作用, 给出了求解该体系稳定临界荷载的近似公式, 通过算例对比, 发现与解析解相比, 近似解具有很好的精度;同时, 近似法便于实际应用。其次, 研究了剪切型高-弯曲型低的双重抗侧力体系稳定性, 研究发现由于轴压力分布的不同, 此类体系将出现两种不同形式的失稳模式, 分别为结构上部发生纯剪切型失稳的局部失稳模式以及结构下部发生整体有侧移失稳模式。提出了判别结构在某一特定形式的荷载作用下, 发生哪一种失稳模式的准则, 以及相应的临界荷载计算公式。     

非等高双重弯剪型抗侧力体系的稳定性

研究了非等高的双重弯剪型抗侧力体系的稳定性。首先,建立了非等高双重弯剪型抗侧力体系的连续化分析模型,提出了该结构体系的屈曲方程及稳定临界荷载解析解。其次,通过分析结构体系的上下两部分存在相互支援作用,给出了求解该结构体系稳定临界荷载的近似公式,通过算例对比,发现与解析解相比,近似解具有很好的精度;同时,近似法便于实际应用。最后,分析了随着内部两子结构相对高度的变化,相应的非等高双重抗侧力体系总的临界荷载发生变化的规律。研究发现,并非当两子结构高度相等时,总的临界荷载取到最大值,而是存在最优相对高度的概念,即当内部两子结构的相对高度为最优相对高度时,结构总的临界荷载最大。     

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。     

多层钢框架柱的整体稳定分析

本文从一般情况下的单柱模出发，在理论上得出了抗侧移刚度与框架柱计算长度之间的关系，综合分析了欧注及英国钢结构规范中关于失稳类型的判别标准，并建议在支撑可靠的情况下可考虑非完全支框架结构的支作用。     

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。     

考虑剪切变形的薄壁杆件稳定分析

本文提出了一种基于势能原理的薄壁杆件稳定分析的半离散方法。采用转换B₃样条函数作为横截面纵向位移的插值函数,通过变分原理,导出控制微分方程及自然边界条件,利用常微分方程求解器求解。分析时放弃了古典理论关于杆壁中线剪应变为零或剪力流为常数的假设,很好地描述了剪力滞后现象。本方法适用于任意截面形状的薄壁杆件,能够灵活、精确、有效地进行薄壁杆件在轴压与纯弯作用下的稳定分析。算例的快速收敛说明了计算结果的可靠性。     

考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙结构分析

考虑剪力墙剪切变形影响、连梁固接连接条件,基于Timoshenko两广义位移梁理论,建立了框架-剪力墙结构分析方法。当连梁约束抗弯刚度为0时固接体系可退化成铰接体系、当剪力墙抗剪刚度趋于无穷大时弯剪型剪力墙可退化为不考虑剪切变形的弯曲型剪力墙,因此该文方法可适应多种模型的计算。导出了三角形分布荷载、均布荷载和顶部集中荷载作用下挠度、转角、剪力墙弯矩和剪力、框架剪力的计算公式。计算公式表明：“框架广义剪力按框架抗推刚度和连梁约束抗弯刚度比分配”的结论在考虑剪力墙剪切变形影响的框架-剪力墙固接体系中不成立。通过算例讨论了框架-剪力墙的变形和内力分布,得到了连梁约束抗弯刚度显著影响框架-剪力墙的变形和内力分布、框架-剪力墙对剪力墙的抗剪刚度有敏感范围等结论。     

与圆弧形曲梁连结的框架柱则移刚度

从悬臂直梁出发，可以推导出线刚度与固定端弯矩及铰支端转角的相互关系，进而通过该关系推导出曲梁的折算线刚度。如果考虑楼板的刚度足够大，利用传统的D值法可以直接计算出相关柱的侧移刚度。如果考虑楼板的刚度是有限的，则可以通过建立平衡方程和协调方程得出曲梁中部柱子的位移与其它柱子位移之间的关系，进而可以对曲梁中部柱子侧移刚度的修正系数进行调整，最终可以求出曲梁中部柱子的侧移刚度。     

考虑节点剪切变形及二阶效应的桩土—结构的地震反应

本文对改进后的Ｐｅｎｚｉｅｎ模型，采用简约结构刚度矩阵的方法，建立体系运动方程，求解地震使用下桩土－结构动力相互作用反应，研究节点剪切变形及二阶效应对其动力相互作用的影响。     

大曲率圆弧深拱平面弹性稳定分析

大曲率拱中,截面形心轴与中性轴不重合,其截面抗弯惯性矩与不考虑曲率影响的截面面积二阶矩有一定的差别;当截面尺寸相对拱弧长来说较大时,此时拱为深拱,剪切变形的影响不能忽略。基于此认识,提出了考虑曲率、剪切变形影响的深拱平面弹性稳定分析方法,讨论了圆弧拱在径向均布荷载作用下的面内稳定问题,导出了临界荷载计算公式,比较了不同理论结果的差别,给出了弹性失稳与塑性屈曲的临界系数和临界圆心角,得出了一些重要结论。     

考虑粘结-滑移与剪切作用的钢筋混凝土柱侧向变形分析

钢筋混凝土柱在地震作用下发生弯剪破坏或剪切破坏,是结构丧失轴向承载能力甚至突然倒塌的重要原因。大量的试验研究显示钢筋混凝土柱总侧向变形由弯曲变形、粘结-滑移变形、剪切变形三种变形分量组成,这三种分量的共同作用决定了钢筋混凝土柱的受力变形反应。该文基于对构件变形分量研究,提出考虑粘结-滑移与剪切作用的钢筋混凝土柱侧向变形的宏单元模型。该模型模拟了静力反复荷载下的3个钢筋混凝土柱的试验模型,并对构件受力过程中各变形分量的变化以及各分量在总变形中的贡献进行了分析。结果表明该模型可以较准确的模拟水平荷载作用下剪切控制构件的受力变形反应全过程。     

内嵌屈曲约束钢板剪力墙钢框架的性能参量及计算方法

钢框架延性好,但抗侧承载力和刚度较小,一般可加设钢板墙等抗侧力构件来达到结构的抗侧需求。屈曲约束钢板剪力墙是一种新型抗侧力构件,通过面外约束板的限制,钢板墙在剪力下不会发生屈曲破坏,因此其抗侧刚度、承载力和延性均较大。屈曲约束钢板剪力墙钢框架不但大大提高了原框架的刚度和承载力,同时还具备良好的延性。考虑到加设钢板墙后,框架梁的抗剪刚度与承载力可能不足,该文选取研究的屈曲约束钢板墙除了上下端与框架梁连接外,部分还与框架柱连接。对于这种新型内嵌屈曲约束钢板墙钢框架,该文从理论上详细推导了结构的抗侧刚度、屈服承载力等力学性能参量计算方法,得到了相应的理论公式。通过相关文献的试验数据对比,发现理论计算值与试验值很接近。     

竖向槽钢加劲钢板剪力墙剪切屈曲

对设置多道竖向闭口加劲肋的钢板剪力墙的剪切屈曲进行了有限元弹性屈曲分析,得到了剪切应力随加劲肋抗弯和加劲肋抗扭刚度变化曲线,以加劲板临界应力等于小区格按简支计算的剪切屈曲应力为条件,得到了双面加劲肋的门槛刚度。刚度小于门槛刚度时给出了剪切屈曲临界应力与加劲肋刚度的关系;将双面加劲同单面加劲、交错单面加劲两种情况进行比较,得出了后两者的门槛刚度放大系数。与数值结果比较表明：公式具有良好精度且偏安全。     

钢-混凝土组合梁剪力滞效应弹性解析解

基于Gjelsvik组合梁滑移模型中引入描述组合梁翼板横向非均匀分布的纵向位移翘曲函数,建立一个能够同时考虑界面滑移和翼板剪力滞双重效应的钢-混凝土组合梁模型,并推导了简支组合梁在均布荷载和悬臂梁在梁端集中荷载作用下的解析解。采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。算例分析表明,组合梁的剪滞效应和界面滑移...     

大型复合材料夹芯筒屈曲分析中芯材剪切变形与壳体锥度的影响

针对某卫星结构中的大型复合材料夹芯承力筒进行屈曲分析。首先分别建立柱壳段、锥壳段和框段的几何方程、物理方程与应变能表达式,以及给定载荷条件下的外力势能表达式。然后根据位移边界条件采用正交完备的三角级数构造承力筒的位移模态,最后根据最小势能原理求解临界载荷。通过对比计及与不计及芯材剪切变形和壳体锥度时临界载荷的计算结果,发现对于该承力筒而言,芯材剪切变形与壳体锥度对临界载荷计算结果的影响均小于10%。该分析结果为承力筒在设计阶段的简化计算提供了理论依据。