T梁结构翼缘有效宽度力学分析及讨论

本文通过对不同梁高跨比的T梁翼缘有效宽度的力学分析,给出了考虑横向剪切变形影响的T梁结构翼缘有效宽度取值公式。对本文公式的讨论表明:T梁结构翼缘有效宽度不是常数,而随梁的不同高跨比、宽跨比、梁高与翼缘厚度比、梁跨度与翼缘厚度比及材料泊松比变化而改变;文献的公式为本文公式当梁高跨比趋于零时的特例。     

单点加载翼缘纵向变厚度工型截面简支梁变形解析解法

目的研究采用纵向变厚度(LP)钢板作翼缘的翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的变形,推导单点加载时其变形计算公式,解决该类梁的弹性变形问题.方法运用基于变形体虚功原理的单位荷载法和直接积分方法推导不同跨度、截面尺寸和翼缘厚度变化率下跨中挠度计算公式,并讨论剪切变形的影响;运用通用有限元软件ANSYS的BEAM188和SHELL181两种单元进行对比验证.结果考虑剪切变形的理论计算结果与BEAM188单元计算结果相差不超过0.5%,与SHELL181单元计算结果相差最大为3%,计算结果十分接近,验证了理论解的正确性.结论与传统等厚度工型截面梁相比,采用此种翼缘变厚度工型截面梁,使构件截面设计更加合理,在承载力相同的情况下,可大大减少钢材用量;且可降低剪切变形影响;建议采用此种翼缘纵向变厚度工型截面梁行结构优化设计.     

螺栓端板连接中柱翼缘和腹板加强方法

为加强梁柱端板螺栓连接部位的柱翼缘和柱腹板,采用有限元法对梁柱端板螺栓连接部位进行了细致分析,提出了柱翼缘贴板,贴板与柱翼缘焊接的方法,给出了贴板厚度的计算公式;且贴板可以很好的消除螺栓周围柱翼缘的弯曲冲切变形,达到与加厚节点区柱翼缘同样的效果.设计了柱腹板"Morris"加劲肋能够同斜向对角加劲肋一样,大幅度减小节点域剪切变形,且不影响螺栓的排列.柱翼缘加贴板可以取代加厚节点区柱翼缘,节点域柱腹板可采用"Morris"加劲肋加强.     

上翼缘受侧向支撑的固端钢梁整体稳定分析

采用ANSYS有限元程序对受混凝土板刚性约束的两端固定H型钢梁进行非线性屈曲分析,分别研究了钢梁在高度变化和下翼缘宽度变化两类情况下梁负弯矩段的侧扭屈曲对梁整体稳定的影响,结果表明上翼缘有刚性侧向支撑的两端固定H型钢梁存在部分屈曲后强度,钢梁在屈曲后承载力能继续提高,构件未发生过度变形前可充分利用钢梁的部分塑性,提高其设计承载力;另外下翼缘宽度变化对两端固定梁整体稳定影响较大,梁截面较高同时下翼缘又比较窄时,负弯矩段的侧扭屈曲会使钢梁发生过度变形,对下翼缘无侧向支撑的H型钢梁设计时仍需考虑其整体稳定性.     

受压T肋加劲板翼缘的局部稳定性能

为研究T形肋加劲板翼缘的受压局部稳定性能,考虑翼缘宽厚比的变化,设计制作5个Q345和4个Q420钢材强度的焊接T形肋加劲板试件进行翼缘局部稳定轴压试验,并建立有限元模型进行验证,分析不同材料本构、简化焊接残余应力、局部初始几何缺陷对其受力性能的影响,得到翼缘局部稳定简化计算公式。结果表明：翼缘局部稳定试件与有限元模型均在翼缘1/2高度附近发生局部屈曲破坏,翼缘宽厚比越大,试件出现局部屈曲变形越早。有限元计算模型采用理想弹塑性本构模型模拟,随着翼缘相对宽厚比增大,残余应力的计入降低了构件轴向刚度;所有板件均计入局部初始缺陷时的稳定系数最小。采用三次多项式拟合的翼缘局部稳定简化公式曲线与欧洲规范曲线的趋势较为接近,而采用Perry公式拟合的曲线与中国、美国规范曲线的趋势较为接近。不同钢材强度拟合的公式曲线趋势基本一致,可以推荐采用Perry公式拟合的曲线进行计算。     

翼缘纵向变厚度工型截面梁变形性能试验

为研究翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的变形性能,对2根翼缘纵向变厚度工型截面梁与2根等厚度梁进行静力加载对比试验,同时采用有限元软件ANSYS进行数值模拟.变厚度梁翼缘材料为Q345GJC等级纵向变厚度钢板,加载方式包括单点加载和两点加载.试验结果表明:试件均发生明显的板件局部屈曲;采用翼缘纵向变厚度工型截面简支梁,不仅可以在保证承载力的情况下大大减少用钢量,而且可以获得更大的强度储备;也可以达到密实截面的变形要求,满足塑性设计要求.有限元结果与试验结果吻合良好.该试验结果可为翼缘纵向变厚度工型截面钢梁的塑性变形设计提供依据.     

梁端加强板构造对可更换耗能梁段受力性能的影响

为了改善可更换结构体系中可更换耗能构件的受力性能,提出一种梁端端板螺栓+加强板连接构造的可更换耗能梁构件。设计并制作了2个足尺的剪切屈服型可更换耗能梁试件,对其进行拟静力反复加载试验,并采用ABAQUS软件进行有限元模拟分析,探讨梁端连接构造对可更换耗能梁破坏模式、承载力、梁端塑性应变等特征的影响。试验结果表明：试件的破坏模式为腹板-加劲肋焊缝断裂或翼缘-端板焊缝断裂,试件具有良好的承载力和耗能能力;梁端加强板构造能有效转移梁端翼缘-端板焊缝区域的塑性应变,避免构件提前发生翼缘-端板焊缝断裂,导致无法满足其变形和震后可更换需求;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。对5类梁端加强板构造模型进行非线性分析,结果表明,该类梁端构造均能改善梁端翼缘-端板焊缝区域应力集中现象,优化其受力特征。提出可更换耗能梁梁端端板螺栓+加强板构造的设计方法,并通过有限元模型验证了其可行性。     

翼缘扩大型节点与传统节点的受力性能对比分析

为了研究翼缘扩大型节点的力学性能,对比分析其与塞板焊接节点及传统钢结构梁柱连接节点的受力性能差异,设计了一种翼缘扩大型梁柱连接节点.采用ABAQUS分析软件对三种节点在单调荷载下的受力性能进行分析,研究翼缘扩大型节点在实际结构中应用的可行性,并对比分析三种节点的性能差异.结果表明,翼缘扩大型节点能够有效改善节点的受力状态,改善节点区域应力分布问题,使节点梁端的塑性铰出现区域向跨中转移;与塞板焊接节点以及传统节点相比,翼缘扩大型节点承载力较高,且节点域柱与梁端应力分布较为均匀.     

卷边槽钢梁受压翼缘畸变屈曲时的屈曲系数

通过对卷边槽钢梁畸变屈曲形式的分析，提出了受压翼缘屈曲系数ｋｆ的计算公式，并结合我国常用卷边槽钢的截面尺寸，提出了在受压翼缘屈曲系数ｋｆ≥４．０时板件长宽比α的限值以及在板件长宽比超过此限值时ｋｆ的最低值。指出了我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（ＧＢＪ１８－８７）把受弯卷边槽钢梁受压翼缘的屈曲系数按轴心受压时的１．３５考虑过于保守。     

伸缩缝梁焊接变形的计算及试验研究

采用基于相对收缩体积的焊接变形理论计算方法 ,对伸缩缝梁的中梁和边梁结构的焊接变形分别进行了预测、分析 ,并对实梁的焊接变形量进行了测试 .计算和实测结果表明 ,中梁的焊接变形主要为挠曲变形 ,而边梁的焊接变形为挠曲变形和旁弯 ,理论计算与实测焊接变形值基本一致 ,为伸缩缝梁的焊接工艺装置的设计、制造提供了必要的理论和试验依据     

Q460高强度钢材焊接T形截面残余应力影响参数实验研究

为研究Q460高强度钢材焊接T形截面残余应力的分布规律,采用分割法对8 mm和12 mm厚的8个不同截面尺寸的试件进行了测量。基于实验结果,分析研究了板件宽厚比、板件厚度以及翼缘和腹板的相关性对Q460高强度钢材焊接T形截面残余应力的影响。结果表明:翼缘和腹板的残余压应力随板件宽厚比和厚度的增大而减小,残余拉应力与板件宽厚比和厚度无直接关系;翼缘和腹板的残余应力自相平衡,二者相互之间没有影响。该研究结果能够为进一步研究Q460高强度钢材稳定性提供参考。     

单边钢次梁与混凝土主梁插入式连接节点的试验研究

钢次梁插人混凝土主梁的节点连接是一种新型的节点连接形式,该节点区别于传统的挑耳式钢梁与混凝土主梁节点连接方式,具有施工方便、力学性能优越的性能.为了明确此种节点连接方式的受力和承载特性,本文以某工业厂房的节点工程为背景,对单边钢次梁与混凝土主梁连接节点进行了1:2的缩尺试验研究.试验表明,钢次梁插人主梁的连接节点为半刚性连接节点,节点的破坏始于钢次梁上翼缘混凝土板与主梁交界面处过大的横向裂缝及钢次梁上翼缘焊板的拉伸屈服;试验结束时,主梁端部箍筋均屈服,端部截面产生宽而深的扭剪裂缝,表明单边钢次梁作用下主梁抗扭能力成为控制条件.试验还发现,钢次梁上翼缘焊接板条的布置对节点承载力有较大的影响,当上翼缘焊接板与翼缘板的横向面积比控制在0.35-0.45的范围内时,节点的破坏始于钢次梁上翼缘连接焊板的拉伸屈服,属于次要构件的塑性破坏,满足安全设计和承载力的要求.     

悬臂T梁剪力滞现象的圣维南解析解

应用辛弹性力学的方法,将悬臂T梁的翼缘简化为平面应力板,推导了悬臂T梁在端部集中荷载、满跨均布荷载与线性荷载作用下宽翼缘部分的圣维南解析解,首次得到了闭合的多项式形式的圣维南解析解表达式。以一宽翼缘悬臂T梁为例,分别用推导出的解析解公式和有限元软件对此梁剪力滞系数进行了计算对比,验证了解析解表达式的正确性。这种方法丰富了悬臂T梁桥剪力滞的理论分析和简化计算。     

焊接加固热作用对工形截面压弯钢构件承载性能的影响

为研究焊接加固热作用及不同初始负载对工字形压弯钢柱承载性能的影响,基于考虑热影响的热结构耦合分析方法进行了热源模型热输入改进,并考虑初始几何缺陷、初始残余应力及摩擦等,完成了不同负载下焊接加固的3个工字形压弯钢柱的模拟分析。研究了焊接位移时程、腹板应力应变重分布及荷载位移关系,通过有限元分析与相应试验结果对比验证,进而获得了试验无法获得的焊接温度场、翼缘与加固板间的焊接应力应变重分布以及翼缘边缘屈服承载力等结果,并将承载力结果与规范计算结果对比,考察了现有设计方法。结果表明,焊接顺序决定焊接变形的发展过程,焊接热输入和初始负载共同决定持载焊接的位移变化范围和焊接残余变形的大小;初始负载越大,应力应变重分布往偏心受力方向发展更多,承载力越低,而初始残余应力不影响极限承载力;采用考虑热影响的有限元方法具有一定可行性和总体安全性,规范设计方法仍有可提升空间。     

外伸端板加劲肋对连接性能的影响

为考察外伸端板连接中不同端板加劲肋对节点性能的影响,采用接触问题的弹塑性大变形有限元分析方法,研究了钢梁柱外伸端板连接中不同长度和厚度的外伸加劲肋对节点刚度、承载力的影响,考察了端板变形和连接面受拉侧间隙的变化。研究发现,与梁腹板等厚的等边加劲肋会过早地拉剪屈服,受压侧加劲肋则过早屈服和屈曲。斜角为63.4°,加厚的加劲肋能增大节点的抗弯力臂,减小螺栓拉力,延迟梁受压翼缘的局部屈曲,并能够将梁端塑性铰移向加劲肋的尾部,从而明显提高端板连接节点的强度和刚度。     

现浇预应力空心板梁楼盖现场试验研究

结合某实际工程的现场实验，通过建立精细有限元模型对现浇预应力空心板梁楼盖体系进行
了分析。按静力等效原理着重讨论了预应力梁支座截面和跨中截面有效翼缘宽度的合理取值，同时分别对
楼板在不同工况下荷载的双向传递进行了研究。试验结果表明，预应力梁的有效翼缘宽度与结构受力的类
型密切相关，在预应力等效轴向力作用下的有效翼缘宽度比在预应力等效横向力和等效集中弯矩作用下的
有效翼缘宽度大得多；板中预应力的作用会明显改变楼面荷载的双向传递规律。为便于实际应用，还定义
了表征双向板荷载分配的参数。     

新型冷弯翼缘闭合构件力学性能研究

为进一步利用空翼缘梁截面形式开展,抗弯、扭刚度大的特点,并进一步优化冷弯薄壁型钢构件的截面形式,适当改变空翼缘梁的截面构成参数,提出2种新型冷弯翼缘闭合截面．采用非线性有限元方法分析新型截面构件在轴压、弯矩和压弯荷载作用下的屈曲模式、变形特征、承载力、刚度等方面力学性能．分析表明：新型冷弯截面构件在承受轴压荷载时具有截...     

集中荷载作用下弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能研究

为研究弹性支撑刚度对矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能的影响,开展了集中荷载作用下3根带有不同弹性支撑刚度的矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的稳定性能试验,研究试验梁的位移及应变的变化规律,获得梁的失稳形式和稳定承载力。试验结果表明,整个加载破坏过程分为三个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,3根试验梁均发生整体弯扭屈曲失稳。随着弹性支撑刚度增加,梁稳定承载力增大,验证了设置弹性支撑可有效地提高该梁的稳定承载力。在试验基础上,利用ANSYS有限元软件对该梁进行非线性屈曲分析,将获得的稳定承载力与试验结果进行对比,误差均小于5%,从而验证有限元分析方法的正确性。最后,研究了混凝土强度、上翼缘含钢率和腹板高厚比等参数对该类梁稳定性能的影响规律。研究表明,增大上翼缘钢管含钢率和减小腹板高厚比均可明显提高该类梁的稳定承载力,而增强混凝土强度对梁的稳定承载力提高较小。     

空腹箱形型钢混凝土梁试验研究

对型钢翼缘外伸的空腹箱形型钢混凝土梁进行了竖向荷载作用下的试验研究,变换纵筋配筋率、腰筋配筋率、配箍率等参数,分析空腹箱形型钢混凝土梁的承载能力、破坏形态、箱形型钢与混凝土的共同工作效应。试验研究表明型钢翼缘外伸的空腹箱形型钢混凝土梁的整体性能好,具有较高承载力、良好的延性,外伸翼缘箱形型钢和外包钢筋混凝土梁协同工作能力强,空腹箱形型钢设置可以有效地降低构件的自重,提高结构的经济性能。实际工程应用中,注意型钢外伸翼缘处混凝土的施工质量,保证型钢与混凝土粘结良好。     

分解等截面直梁弯曲变形和剪切变形的试验方法

提出能够准确分解等截面直梁弯曲变形和剪切变形的试验方法. 基于小变形理论,在梁的弯曲变形可以由梁段上缘、下缘附近纵向纤维长度变化表征的假定下,推导采用实测梁段上、下纵向纤维长度变化计算弯曲挠度的方法,获得弯曲变形对上、下纵向纤维端点对角线长度变化的影响. 在梁的剪切变形只引起梁段对角线长度变化的假定条件下,推导利用实测梁段对角线长度变化计算剪切挠度的方法. 在非对称荷载条件下,确定实测截面转角引起挠度的计算方法. 上述弯曲挠度、剪切挠度和截面转角引起的挠度合并构成目标截面基于变形分解的推算挠度. 推算挠度完全独立于目标截面的实测挠度. 完成4个钢筋混凝土等截面梁试件的荷载试验,实测了剪跨长度范围上缘、下缘附近纵向纤维的长度变化、对角线长度变化和截面转角. 在各级荷载下,利用实测数据计算得到的荷载点截面推算挠度与实测荷载点挠度吻合良好,验证了该变形分解方法的可靠性.