轻钢结构抗风极限承载力的三维精细分析

为研究既有门式刚架轻钢厂房结构的抗风性能和极限承载力,以我国东南沿海某轻钢厂房为背景,采用精细板壳单元和面外杆件单元建立三维整体有限元模型,分别按中国和美国相关规范的荷载组合施加风荷载,对厂房结构进行了弹塑性和大变形的非线性极限承载力分析,获得了承重结构的抗风安全冗余度系数以及达到极限状态时的破坏模式。结果显示,刚架按国内规范的风荷载作用下的安全冗余度大于美国规范的相应值;两者的破坏模式均为刚架的局部屈曲模式,但前者的局部屈曲集中于单榀刚架近屋脊梁段与迎风梁柱节点的多个区域中,而后者则发生于多榀刚架的同一梁柱节点处,呈现出空间化的分布特征,且发生时间早于前者。     

斜风作用下大跨轻钢结构抗风安全性研究

以沿海某一实际轻钢厂房为例,按ASCE 7-10取用风荷载体型系数,对厂房整体刚架进行了非线性的极限承载力分析,获得了抗风安全系数及极限状态下的破坏模式,并与CECS中规定的正向风荷载的结果作了比较。结果显示,这类轻钢结构在斜向风作用下的承载力及抗风安全系数低于正向风作用的情况,承载力降低的主要原因是局部屈曲呈现多区域化发展,且早于正向风作用时发生。     

风荷载作用下输电塔极限承载力和失效模式计算模型

针对现有输电塔极限承载力和失效模式研究未考虑计算模型影响的问题,剖析了空间桁架、空间刚架和空间梁桁组合3种常用计算模型的力学基础和模拟方法;以110 kV鼓形直线输电铁塔为例,对比研究了0°,45°,60°,90°四种风向工况下3种计算模型的弹性响应,同时对比分析了最不利工况下各计算模型极限承载力和失效模式的计算结果,揭示了不同计算模型对结构极限承载力和失效模式的影响规律。结果表明:空间刚架和空间梁桁组合模型较桁架模型能给出偏安全的弹性响应结果;该类输电塔最不利风荷载工况下的极限活荷载乘子约为2.00,空间梁桁组合模型能反映铁塔结构的延性破坏性质,给出偏安全的极限承载力计算结果;该类输电塔高承载构件主要集中在塔腿主材,空间刚架和空间梁桁组合模型都能较准确识别出高承载构件;建议采用空间梁桁组合模型进行输电塔极限承载力和失效模式的分析。     

刚架结构极限承载力分析的广义塑性铰研究

传统塑性铰法及其改进方法具备比例特点,能够根据外荷载与内力之间的比例关系快捷确定刚架的塑性铰位置和极限承载力,但不能应用于多内力组合作用下的刚架极限承载力问题。随后发展起来的二阶塑性铰法和精细塑性铰法尽管解决了该问题,但不具备比例特点,需通过大量迭代试算、并连续调整荷载增量来确定刚架的塑性铰位置和极限承载力,导致理论复杂,计算效率低。为此,文章利用广义屈服准则提出内力组合因子的定义,据此建立具备比例特点的广义塑性铰法,能够快捷处理刚架结构在多内力组合作用下的极限承载力问题。首先,利用广义屈服准则研究建立内力组合因子,据此修正刚架单元在不同加载步的截面强度。然后,利用齐次广义屈服函数和标准化内力定义单元承载比,并根据荷载与单元承载比之间的比例关系快捷确定各加载步的塑性铰位置和极限承载力。最后,通过与弹塑性增量法和改进塑性铰法对比分析,验证了该方法具有简捷、高效和高精度特性。     

钢结构单层厂房横向刚架抗震设计的若干问题及其分析和建议

以大量工程设计计算分析结果为基础,讨论彩钢板墙屋面的单层钢结构厂房横向刚架抗震设计中的几个问题。指出横向刚架的最大应力区（可能塑性铰区）位置往往出现在上柱梁底截面,梁柱刚性连接的受弯极限承载力可按不小于1．2倍梁、柱全截面塑性受弯承载力较小值的要求执行。同时,对梁的拼接承载力要求提出疑问并给出建议。进而,对耗钢量影响较大的板件宽厚比限值问题进行讨论,提出单层钢结构厂房横向刚架计算存在地震组合控制或非地震组合控制两种情况,偶遇地震组合是否为控制工况,可作为界定刚架构件是否执行抗震规范板件宽厚比限值的判别准则。当框架构件的截面受力由非地震组合控制时,其板件宽厚比可按钢结构规范弹性阶段设计的规定执行。     

钢结构门式刚架厂房抗风性能和极限承载力分析

为研究不同钢结构门式框架厂房的抗风特性,以长汀县高性能纳米钛酸钡产业化项目为研究背景,运用数值有限元模拟的方法建立门式刚架厂房计算模型,研究了不同节点刚度下门式刚架的风致动力响应及不同风荷载强度的弯矩变化规律。研究结果表明,随着门式刚架厂房节点刚度的降低,钢柱顶点的最大位移和位移平均值均不断增加,而卓越响应频率则不断降低;不存在风荷载作用的门式刚架厂房弯矩图呈正对称,而存在风荷载作用的门式刚架厂房弯矩图呈反对称,后者的最大弯矩比前者增加3～5倍,表明风荷载对刚架的受力起到了控制作用,对于刚架的极限承载力具有显著的影响。相比于刚架柱脚和梁柱节点,刚架顶部节点的最大正负弯矩值均较小,而前者的最大正负弯矩值随风速的增加而不断增加,在门式刚架厂房抗风设计中可以通过加大柱截面、提高柱体脚部的刚度、将柱脚嵌固边界改为铰接边界、梁柱节点增加腋角等方式提高结构的抗风能力。     

冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力影响因素

为研究冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力,提出梁-弹簧单元模拟冷弯薄壁型钢门式刚架节点工作性能和考虑构件初始几何缺陷影响的有限元模拟分析法,研究冷弯薄壁型钢门式刚架在竖向荷载作用下的变形性能及破坏特征。对已有冷弯薄壁型钢门式刚架试验模型进行模拟分析的结果显示,有限元计算结果与试验结果吻合较好。通过改变构件的腹板厚度和翼缘宽度、节点板厚度、刚架梁坡度、柱脚刚度等因素计算刚架极限承载力,计算结果表明,增大前述各个参数值均可以提高冷弯薄壁型钢门式刚架的极限承载力。     

带焊缝缺陷的输电钢管杆塔构件承载力评估

为了研究焊缝缺陷对输电钢管杆塔构件的极限承载力影响,介绍了焊接未熔合缺陷的模拟方法。对12根直缝焊管构件进行了试验分析,并与有限元计算结果进行了对比。结果表明,含有焊缝缺陷的构件极限承载力均低于无缺陷构件,并呈现随缺陷长度值增长而下降的趋势,极限荷载值降低幅度在10%以内。但达到一定缺陷长度值时,构件稳定系数将小于规范值,应引起工程设计重视。此外,焊缝缺陷沿长度方向上的扩展对承载力的降低有影响,并与构件本身长度有关,根据试验及数值模拟结果绘制了极限荷载降低比例的包络曲线,为工程应用和监测检修提供了参考依据。     

门式刚架轻钢结构抗风性能研究

为探讨包括承重刚架和面外联系在内的三维门式刚架轻钢厂房结构达到极限状态时的抗风性能,以一沿海实际工程的轻钢厂房为例,采用壳单元和面外系杆单元建立精细的三维有限元模型,运用逐级加载的方法对结构进行加载至承载力极限状态的三维非线性有限元分析,并与平面模型的计算结果进行比较。结果显示,尽管来流风荷载是沿着刚架平面的,但刚架仍有较明显的平面外位移;两种模型的破坏模式均表现为第2榀刚架梁柱节点处的局部屈曲破坏,但三维模型进入屈曲时的应力明显低于平面模型,屈曲形态也有较大不同。     

轻型门式刚架结构的破坏形态及分析

针对某一大型门式刚架厂房,在恒载和风载不变的情况下,不断加大雪荷载,采用ANSYS有限元软件模拟分析了门式刚架的位移情况。通过模拟分析,将不同大小的雪荷载与恒载和风载进行工况组合,发现当雪荷载达到6.4kN/m时,门式刚架的柱顶位移超过门式刚架结构规范规定的柱顶最大位移。本文最后对门式刚架结构在暴风雪灾害中可能的破坏原因进行了分析,同时提出了处理方法。     

钢框架柱平面内整体稳定验算的两种方法对比

先建立两个有初始几何缺陷的多层钢框架结构,通过有限元分析分别得到这两个框架的竖向极限荷载Pcr和水平极限荷载Hcr;再对与这两个框架几何及截面相同但没有初始缺陷的框架,用之前计算得到的竖向和水平极限荷载分别按一阶弹性分析和二阶弹性分析得到其内力,用我国现行GB50017-2003《钢结构设计规范》中压弯杆件极限承载力验算公式计算其名义应力,并与实际结果比较。结果证明,进行钢框架压弯杆件平面内稳定验算时,对框架采用二阶弹性分析,并将柱的计算长度取为实际柱长,所得验算结果较对框架采用一阶弹性分析并将柱的计算长度取为框架弹性屈曲长度合理。但总体来说,两种方法的验算结果都均偏于保守。     

意外荷载作用下建筑结构抗连续性倒塌分析

本文对建筑结构连续倒塌的原因进行分析,探讨意外荷载作用下建筑结构连续性倒塌的分析方法,提出确定失效构件位置的原则,对竖向承重构件失效后荷载的施加范围做了调整。在此基础上,对6层的钢筋混凝土框架结构进行了连续性倒塌分析。分析结果表明,按我国现行规范设计的钢筋混凝土框架结构抗倒塌能力不足。底层内柱失效后,结构存在较大的连续...     

Determination of Partial Factors for a Vertically Loaded Pile Based on Reliability Analysis

The aim of this study is to establish a procedure to rationally determine the partial factors for a vertically loaded pile in the limit state design format based on a sound reliability theory. The frequency of the usage of pile types and dimensions are investigated first. Several design examples are selected, and load ranges and combinations on typical piles are studied. Based on these results, typical load intensities, load combinations and soil profiles are set for the code calibration. Also, uncertainties involved in seismic loading are investigated based on the historical seismic data using an extreme statistical analysis, so called POT (peaks over threshold) analysis. Uncertainties concerning resistances of piles are taken from two well known studies: Okahara et al. (1991) and AIJ (2000). FORM (first order reliability method) analysis is carried out to find out the current level of reliability index. Finally, the design value method is employed to determine the partial factors.     

火灾下凯威特单层球面网壳非线性分析

以凯威特K6型单层球面网壳为分析对象,采用火灾动力模拟软件FDS模拟大空间火灾温度场,利用有限元软件ANSYS进行火灾下结构的非线性分析,研究网壳结构在火灾高温下的极限荷载、结构的缺陷敏感性及失稳模态的影响因素和变化规律。结果表明,火灾中的网壳结构在升温初期以热膨胀为主,极限荷载增大,而后随着温度的升高,材料软化,极限荷载迅速降低;矢跨比、火源位置、支承条件及初始缺陷对火灾下网壳结构极限荷载的影响有较好的规律性;升温对网壳结构缺陷敏感性的影响与温度场分布有关;失稳模态在火灾迅速升温阶段会发生根本性的变化。     

单层组合加肋拱支网壳的稳定性

介绍了某相贯单层组合加肋拱支网壳结构在竖向荷载及风荷载作用下的整体稳定性。采用有限元软件MIDAS,在两种荷载工况下分别进行了此网壳结构的特征值屈曲、几何非线性屈曲分析,初始缺陷对网壳结构的整体稳定性影响分析。结果表明:网壳结构对初始缺陷较为敏感,初始缺陷会明显降低结构稳定性;不同的荷载工况下,失稳的情况亦不同且网壳结构稳定临界系数随着荷载的增大而降低。     

Understanding imperfection-sensitivity in the buckling of thin-walled shells

The buckling of thin-walled shell structures under load is still imperfectly understood, in spite of much research over the past 50 years. In this paper the author traces the history of the ideas which have been deployed in order to shed light on what is often referred to as ‘imperfection-sensitive’ buckling behaviour of shells. The ideas, which recur in various combinations, involve interaction of competing buckling modes, nonlinear behaviour, the growth of initial geometric imperfections under load and the alteration of the distribution of membrane stress as imperfections grow. The author claims that there are strong grounds for supposing that ‘locked in’ initial stresses on account of imperfect initial geometry and the static indeterminacy of boundary conditions of real shells have a pronounced effect on the buckling performance. This effect has been ignored in the past, and is the subject of a current experimental study.     

结构设计荷载组合取值变化及其影响分析

以建筑结构设计规范修订进展为背景 ,介绍并分析了因荷载组合取值变更对结构设计可能产生的普遍影响 ,按概率理论给出算例进行比较 ,指出应重点把握以及需要进一步研究解决的问题     

钢框架风荷载作用下侧移限值研究综述

随着钢框架结构在我国的广泛应用,钢框架在风荷载作用下的侧移限值问题也越来越突出。我国目前有关钢框架在风荷载作用下侧移限值的研究较少,规范中针对侧移的有关条文也比较简略。针对该现状,首先回顾我国现行钢结构规范中钢框架侧移限值规定及由来,其次介绍其他一些国家和地区钢结构规范中有关钢框架侧移限值的条文内容,并着重对国内外有关框架侧移限值的研究成果进行了总结,探讨目前钢框架侧移限值研究中存在的一些问题。研究表明,风荷载计算方法、风荷载重现期、非结构构件的侧移损坏限值、结构分析方法及计算模型均对钢框架在风荷载作用下的侧移计算及验算有较大影响。     

负载下焊接加固钢结构压弯构件受力性能的影响因素分析

为研究负载下焊接加固钢结构压弯构件的受力性能,采用考虑焊接热影响的有限元分析方法,对不同初始负载、偏心距、长细比及焊接热输入等级等影响因素进行分析。完成了包括未加固压弯钢柱及加固压弯钢柱共72个构件的受力全过程模拟分析,获得了各因素影响规律,并验证了考虑二阶效应的新的名义应力比计算公式。结果表明:未加固构件的初始负载水平可通过二阶式反映;初始几何缺陷模式及大小影响失稳破坏方向及焊接残余变形大小;影响加固构件极限承载力的主要因素依次为偏心距、长细比、焊接热输入、初始应力比;影响焊接残余变形的主要因素依次为焊接热输入、初始应力比、长细比;为新编《钢结构加固设计规范》关于负载下焊接加固压弯构件设计计算方法提供了参考和依据。     

基于有限元法的L形轴压钢柱屈曲分析

利用有限元法对L形截面钢异型柱轴心受压构件,在考虑非弹性和初始缺陷的基础上,进行了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,并将分析结果与规范柱子曲线进行了比较,从而证明了利用有限元法对实际L形截面钢异型柱进行分析是有效的。