钢曲杆在高温（火灾）下的力学特征数值分析

高温(火灾)环境下钢曲杆的受力和变形将会产生较大变化,对结构的力学特征影响较大。本文根据结构稳定理论和热力学原理,应用有限元分析方法,结合三种不同工况,分别探讨了高温(火灾)环境下不同支座形式、杆截面形式等因素对钢曲杆力学特征的影响,并对三种工况下钢曲杆力学特征进行了数值分析与对比,得出了H型钢截面无铰钢曲杆更加符合建筑安全要求的结论,研究成果可为钢曲杆抗火研究提供参考。     

钢框架在高温（火灾）下塑性力学特征分析

由于在高温条件下钢材的屈服强度和弹性模量随温度升高均有所折减,使得钢结构建筑存在极大的安全隐患.为了研究钢框架结构在局部火灾下的塑性铰先后出铰顺序.首先通过理论计算,得出高温下钢构件的温度内力和温度弯矩,再根据力学理论分析塑性铰出铰顺序.最后利用有限元软件对高温环境中两层两跨平面钢框架整体结构进行模态分析,得到各节点应力变化情况和不同时刻塑性应变情况.结果 表明:理论计算得出塑性铰出铰先后顺序为,梁柱连接处、梁跨中节点处、柱脚.数值模拟出的塑性铰出铰顺序和位置与理论分析结果一致,可为相似工程提供参考.     

火灾下大跨度钢桁架拱桥结构性能分析

为研究汽车火灾对大跨度钢桁架拱桥结构受力性能的影响,以主跨为240 m的某下承式钢桁架拱桥为研究对象进行受火分析计算. 首先利用火灾模拟软件FDS对两种典型火灾场景进行数值模拟获得火灾温度场分布,然后通过有限元瞬态热分析确定火灾区域构件的温度分布,再通过ABAQUS热-结构耦合分析桥梁在不同火灾场景下结构性能的变化. 结果表明:钢桁架拱肋在油罐车火灾作用下受火构件的最高温度达540 ℃;主要传力构件在温度为430 ℃时屈服,达到承载能力极限状态,热膨胀效应与内力重分布导致附近构件的应力增幅达60~180 MPa;桥面竖向位移变化最大为115 mm,最大横向高差为108 mm. 油罐车火灾主要对火源附近3根吊索的温度场产生影响,受火吊索索力减小使得桥面下挠33 mm,主梁应力增大35 MPa.     

预应力钢桁架在高温(火灾)下的力学特性分析

高温(火灾)环境会改变预应力钢桁架力学特性,影响其安全性能。采用结构力学与火灾科学理论,对拉索式预应力钢桁架进行研究,探讨了高温(火灾)环境下不同拉索布置方式和拉索数目及杆件长度变化对预应力钢桁架力学特性的影响。研究表明:温度变化、拉索布置方式和拉索数目对预应力钢桁架力学特性产生较大影响,但杆件长度变化几乎不影响其拉索应力。研究成果对改善高温(火灾)下预应力钢桁架受力特性及对预应力钢桁架预应力体系布置等具有一定的参考价值。     

高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能

火灾下无防火保护的结构构件温度会迅速上升,从而造成钢材和混凝土的强度明显下降。为了研究火灾下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能,考虑火灾下钢管约束型钢混凝土柱的不均匀温度分布及温度对材料力学性能的影响,提出了火灾下受轴心荷载作用的钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算方法。利用有限元软件ABAQUS对提出的计算方法进行了验证,结果吻合较好。进而采用该计算方法对影响高温下承载力的参数进行了分析,研究表明：随着构件截面尺寸的增加以及混凝土强度和钢材强度的提高,构件的承载力逐渐增加,而钢管壁厚的改变对承载力并无太大影响。利用有限元软件ABAQUS分析了荷载比、构件尺寸、钢管壁厚等因素对构件耐火极限的影响,发现耐火极限随着荷载比和钢管壁厚的增加而减小,随着构件尺寸的增加而增大。     

大跨度钢桁架连廊结构受力性能分析

以苏州中心8号和9号超高层建筑结构之间的大跨度钢桁架连廊为工程背景,对大跨度钢桁架结构受力性能进行分析.根据大跨度钢桁架连廊的工程特点,提出了大跨度钢桁架结构的计算模型,并采用SAP 2000有限元分析软件,对竖向荷载作用下各种类型钢桁架结构的内力进行了分析比较.此外分析了支座沉降作用下钢桁架结构的内力分布规律,得到了一些有益的结论,可为大跨度钢桁架安装施工监测提供技术依据.     

门式刚架在高温（火灾）下的塑性铰分析

门式刚架(PF)结构因其优异性能和安装简单方便而广泛用于工业厂房中.迄今为止,对于PF结构在高温(火灾)下的塑性特征力学的分析较少.本文以PF结构为研究对象,分析PF结构在高温(火灾)下的塑性力学特征.通过理论计算,得到PF结构在热-力耦合作用下的临界荷载与塑性铰出铰顺序以及发展情况,并同有限元数值分析结果进行分析对比.分析表明,有限元数值分析与理论计算所得的结果吻合较好,验证了对PF结构进行有限元分析结论的准确性,为今后进一步研究高温(火灾)下的PF结构的力学特性提供一定参考.     

基于图乘法的曲杆结构位移分析

目的 研究曲杆结构位移计算方法,验证图乘法在曲杆结构中计算位移的有效性和适用性.方法 以工程三铰拱为例,将三铰拱等分若干段,每段近似为直杆,其内力曲线图亦近似视为直线图,进行分段图乘求和计算,并将计算结果与积分法和模型试验结果进行比较验证.结果 用分段图乘法计算位移值与积分法分析结果比对误差为3.9％;与模型试验值比误差为3.5％.结论 积分法求曲杆结构位移较精确,但计算繁琐,特别是数学建模复杂、困难,相对分段图乘法求解曲杆位移方法简便,计算结果能够满足工程要求,可以推广应用.     

基于反演法的高温下钢框架极限荷载确定

高温下钢框架试验中外荷载大小的选定对试验结果有着重要的影响。本文应用火灾科学和相关结构理论,对钢框架在高温下的力学特征进行分析,提出一种基于试验对比的反演计算法;该方法利用相关规范来反推不同温度下的极限荷载,并分析了钢框架主要构件在火灾下的受力特性;通过数值分析验证了两层两跨钢框架极限荷载理论计算结果,为以后进行相关钢框架试验研究提供参考依据。     

防火涂料局部破损后约束钢柱的临界温度

为了研究防火涂料局部破损后钢柱的抗火性能,根据分段平衡微分方程,分别推导了两端铰支和固支的钢柱局部防火涂料破损后高温下的挠曲线方程,采用边缘屈服准则得出了局部防火涂料破损后轴向约束钢柱临界温度的计算方法。用有限元对高温下的挠度和轴向位移进行了验证,结果吻合较好。通过算例计算了两端铰支轴向约束刚度内力随温度的变化关系,并计算了临界温度。研究结果表明：轴向约束增加高温下钢柱的内力,降低钢柱的临界温度;破损长度越长、轴向约束刚度越大,临界温度越低。     

基于ANSYS的钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究

高温下钢管混凝土拱桥力学性能易发生变化而丧失承载力。为对探求合理的防火设计方法提供支持,运用ANSYS热分析模型开展钢管混凝土拱桥吊杆受火力学性能研究。通过数值模拟与试验数据对比验证ANSYS热分析模型的合理性,在此基础上分析吊杆受火对钢管混凝土拱桥桥面、拱肋线形及吊杆内力影响。研究表明:吊杆受火对距其30 m以内的桥面变形及吊杆轴力影响较大。本文研究可为此类桥梁防火设计及灾后修复提供借鉴与参考。     

大、中跨度装配式钢筋混凝土多波双曲拱屋盖的一种实用计算方法

本文参考双曲拱桥和小跨度砧拱屋盖的计算方法,结合匈牙利学者L.Kollàr对圆弧形和V形等截面的内力分析,综合为一种实用的计算方法,引入犬、中跨度装配式钢筋混凝土多波双曲拱屋盖的设计计算。其适用范围及要点为,在双曲拱的长短边比2b/L<1/5时,近似地把拱波作为一为种圆弧形的截面,而主拱方向的内力按有拉杆的两铰圆弧拱进行分析,故称“两铰拱法”。     

高温（火灾）下横向荷载对钢构件稳定承载力的影响

基于高温环境下钢构件的受力特点,根据压弯构件的平衡方程,导出了不同横向荷载形式下钢构件的稳定承载力计算公式,分析了横向荷载及火灾参数对钢构件稳定承载力的影响,提出了在实际工程中采取的一些相应措施。     

双箱型空腹圆弧钢拱平面内稳定性分析

为研究新型双箱型空腹圆弧钢拱的平面内稳定特性,采用理论推导与有限元数值模拟相结合的方法,研究其平面内弹性屈曲及弹塑性稳定承载力,分析剪力对拱截面破坏模式的影响,并建立了平面内稳定承载力的设计方法。首先,根据拱截面的剪力分布情况,研究了双箱型空腹圆弧钢拱截面整体剪切变形及弦腹杆剪切变形对平面内弹性屈曲的影响;推导出了考虑双剪切变形影响时,双箱型空腹圆弧钢拱的纯压弹性屈曲荷载公式。然后,参考轴心受压柱设计原理,引入稳定系数及正则化长细比,绘制了纯压状态下的稳定曲线。最后,分析了在几种常见荷载工况下,双箱型空腹圆弧钢拱整体破坏模式的稳定承载力设计公式。本文分析的拱结构新颖,所提弹性屈曲荷载公式计算结果与有限元分析结果十分吻合,同时采用轴力与弯矩的二项式验算了整体稳定承载能力。研究结果可供日后科研和实际工程设计参考,具有一定的现实意义。     

全跨和半跨荷载组合下两铰抛物线钢拱平面内承载力计算方法对比

全跨和半跨荷载组合作用下钢拱结构内力分布会随荷载比例发生较大变化。现有钢拱结构平面内稳定承载力计算式多是针对各单一加载模式进行分析得到的,缺乏对其在全跨和半跨组合荷载下适用性的充分考虑。针对此不足,以两铰抛物线钢拱结构为研究对象,考虑荷载组合比例、矢跨比、截面等不同参数的影响,对比分析了现行钢拱结构技术规程方法、基于完善拱模型的有限元方法和基于一致缺陷拱模型的有限元方法等多种方法的承载力计算结果。分析结果表明：当全跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计会较为保守;而当半跨荷载占较高比重时,按规程方法进行钢拱结构承载力设计则会偏于不安全。     

钢管混凝土系杆拱桥温度应力的数值模拟分析

采用通用软件ANSYS计算钢管混凝土系杆拱桥拱肋结构各控制截面在温度荷载作用下的内力与应力值，并通过改变矢跨比和拱轴系数将不同设计参数情况下的温度应力进行了对比。研究表明，钢管混凝土拱桥矢跨比和拱轴系数的变化对结构体系温差引起的拱顶截面轴力和弯矩的影响相当显著，而对1／4跨和拱脚各截面轴力和弯矩的影响则较小。     

不同约束下H型钢柱火灾行为的非线性分析

随着钢结构在建筑工程中发挥着日益重要的作用,其防火问题成为一个不可回避的重大课题。因此,钢结构在火灾温度场下的破坏机理研究显得尤为重要。本文假设火灾温度场为ISO834曲线,考虑热辐射和热对流共同作用的四面受火情况,通过有限元数值方法模拟了H型钢柱随时间变化的温度场分布。根据热传导得到的瞬态温度场,并且考虑到钢材物理特性随温度变化引起的材料非线性及几何非线性,进行了受压钢柱在不同约束条件下的热应力分析。论文分别对两端铰支、两端铰支且限制轴向位移等情况下,H型钢柱随温度变化的应力、位移等热响应进行了模拟计算。结果表明,轴向约束的提高在一定程度上降低了高温下钢柱的极限承载力及极限温度承载力。     

双曲拱桥的缩跨加固方法及应用

提出了一种新的双曲拱桥加固方法，通过缩小跨径，减小拱圈弯矩，达到提高承载能力的目的，分析与工程实践表明，这种方法具有简单有效，经济易行的优点，对于主要以提高承载等级的目的的中小跨径拱桥有较好的适用性。