有初始荷载作用轴压钢构件预应力加固分析方法研究

对有初始荷载作用的钢压杆的预应力加固分析方法进行研究,建立相应钢压杆预应力加固有限元模型,进行数值计算以及参数分析,计算得到预应力-加固钢压杆极限承载力关系曲线,通过拟合得到有初始荷载作用的预应力加固钢压杆极限承载力的简化计算方法。经与数值模拟结果比较,误差小于5%,表明简化公式有效。     

大跨坡屋面预应力桁架结构腹杆张拉顺序数值分析

文章以遵义东站为工程背景,采用数值分析方法,研究了大跨坡屋面预应力混凝土桁架结构腹杆的张拉顺序和屋面支撑模板对张拉过程的影响,探讨了单榀桁架建模的准确性,提出了张拉方案的筛选方法。建立三榀和单榀桁架模型,对单榀桁架模型施加不同的屋面荷载来代替支撑模板的作用,并选取8种典型张拉方案对单榀桁架模型进行分析。研究结果表明:张拉时距下弦梁中部越近的腹杆受到的影响越小;预应力腹杆第一张拉阶段的应力随屋面荷载的增加而减小,后续阶段中几乎无变化;非预应力腹杆最后都会收敛于一个稳定值且受屋面荷载的影响大于预应力腹杆;单榀桁架模型屋面荷载增加到1.2~1.3倍时能最大程度提高模型准确性;提出的筛选方法能快速有效地确定张拉方案。     

第七届世界军运会主会场双层单索悬索威亚结构设计与分析

第七届世界军运会主会场空中威亚系统属于双层单索悬索结构,结构形式选用钢桁架立柱+锚索+悬索结构.在悬索两端设置钢桁架立柱,立柱之间采用钢桁架连接,增加结构整体性.主要介绍了该项目的 预张力悬链线设计,通过合理的结构设计,实现了初始预应力状态钢桁架立柱塔顶水平变形为零的控制目标,满足了导演组提出的单索悬索结构的小垂度大载荷的要求.     

厦门翔安体育交流中心大跨重型楼屋面设计

简要介绍了厦门翔安体育交流中心的结构设计及游泳馆顶大跨度楼盖设计,重点介绍了跨度为63m×72m的篮球馆重载屋面设计,该种植屋面恒荷载约为普通轻质钢屋面荷载的10倍,采用6种结构方案进行选型对比,提出了一种新型预应力拱形钢桁架结构,该桁架的几何构造完全基于结构的内力分布特征,具有安全、经济、美观的特点。针对大跨重载屋面在恒载作用下产生较大水平支座反力的问题,采用了施工阶段和使用阶段不同类型的支座约束条件,释放了大部分水平力,优化了下部结构的设计。此外,还研究了重要节点如支座节点和预应力拉索张拉端节点的构造,进行了有限元分析;对该项目进行了上下部结构整体协同分析,并有针对性的采取了加强措施。     

预应力全索系整体张拉结构设计研究

预应力全索系整体张拉结构是具有“内部没有压杆的全索系拉杆海洋”特点的结构体系,该结构体系结构稳定承载力和变形性能是工程设计的关键。为研究全索系整体张拉结构的弹塑性发展规律,进行了基于材料非线性和几何非线性的结构承载全过程分析,得到典型单元荷载-应力、关键节点荷载-竖向位移全过程曲线。分析结果表明：建议全索系整体张拉结构索构件在弹性阶段的应力比应小于0.40,内环索竖向变形应小于悬挑跨度的1/40~1/50。全索系整体张拉结构的屈服荷载系数及延性性能高于有钢压杆的预应力钢结构体系;增大预应力度是改善谷索排雪水功能的有效措施之一。     

青岛北站撑杆式预应力钢压杆的极限承载力分析

结构的屈曲分析可分为特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。简要阐述结构特征值屈曲分析和非线性屈曲分析的的基本理论,利用ABAQUS对青岛北站中的预应力钢压杆进行特征值屈曲分析和考虑材料非线性和几何非线性的非线性屈曲分析,对比两种分析方法所得的极限承载力的差别,同时在非线性屈曲分析中,分析在不同的初始缺陷和不同的初始预应力的条件下预应力压杆极限承载力的变化,所得结论可为同类大跨空间结构预应力压杆的设计与计算提供参考。     

外套管及刚性预应力撑杆加固受压杆的稳定性分析

压杆的承载力大都由稳定性控制而不是强度控制,提高受压杆件的稳定承载力是受压杆件加固的主要目标。钢套管加固受压杆是一种受力明确、施工方便的加固方式,已经被广泛采用,刚性预应力撑杆加固受压杆也是一种减小受压杆应力的加固方法。考虑钢套管与被加固压杆之间通过侧向限位措施保持侧向变形协调一致,利用失稳时压缩应变能释放等于弯曲应变能吸收的条件,得到了钢套管加固后受压杆稳定性承载力的临界值,该计算式同样适用于刚性预应力撑杆加固受压杆的设计计算。利用ANSYS对一算例进行了大变形几何非线性失稳计算,得到了4种不同加载情况下的稳定性荷载临界值,与理论分析值相差不足1%,验证了理论值的正确性,也验证了在外套管与受压杆通过数个节点限位可以满足变形一致的要求。     

基于SAP2000的预应力撑杆式钢压杆分析

运用有限元分析软件SAP2000对预应力撑杆式钢压杆进行模拟分析,将所得结果与欧拉临界承载力进行对比分析,分析结果表明,施加预应力后的钢压杆的承载能力相较非预应力钢压杆提高较多,但与欧拉临界承载力之间仍有一定差距。     

混凝土斜拉桥索塔锚固区预应力设计的拉-压杆模型法

简要论述了拉-压杆模型方法的理论及一般设计过程,推导了基于中国规范的混凝土压杆有效强度计算公式,并给出了预应力及普通钢筋拉杆的强度计算公式.针对混凝土斜拉桥索塔锚固区预应力设计,采用拉-压杆模型方法对箱形断面索塔锚固区进行分析,并建立拉-压杆模型,定量设计出预应力钢束.建立三维实体单元有限元仿真模型对索塔锚固区进行分析,其结果验证了拉-压杆模型的精度和可靠性.     

安徽省体育馆横向压张预应力索桁屋盖施工

安徽省体育馆是一座容纳七千多人的多功能室内体育馆。其屋盖采用索桁结构,屋面荷载通过钢桁架传递给悬索,并通过桁架两端支座下压支承于边柱,从而桁架对悬索施以横向压张预应力,达到悬索支承桁架,桁架稳定悬索,形成空间大跨度的索桁结构。横向压张预应力索桁屋盖的施工,在国内无先例,在设计、科研、施工单位的共同协作下,     

Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定性能研究

为研究高强度钢材轴心受压钢柱的整体稳定性能,对5个国产Q460钢材焊接箱形截面柱进行了轴心受压试验研究。试验对试件的几何初弯曲、荷载初偏心以及截面的纵向残余应力分布均进行了测量。基于试验结果,分析了该类钢柱的失稳破坏形态和整体稳定承载力,建立了有限元分析模型并对试验结果进行模拟计算。研究结果表明：试件破坏模态均为整体弯曲失稳形态,大部分试件稳定承载力高于规范设计值;有限元分析模型能够准确地考虑几何初始缺陷和残余应力的影响,计算结果与试验结果吻合良好;通过与国内外钢结构设计规范的对比,提出了国产Q460高强钢焊接箱形截面轴压构件整体稳定设计的建议方法,即可以统一采用我国或欧洲规范的b类曲线进行设计,而不需要按板件宽厚比大小进行分类。     

箱形钢柱受力性能分析及抗震设计建议

基于箱形钢柱拟静力试验,通过有限元分析,研究腹板宽厚比、构件轴压比及平面外长细比、柱顶弯矩等因素对偏压箱形钢柱抗震性能的影响。研究结果表明：腹板宽厚比和平面外长细比对箱形钢柱抗震性能影响较大,随着腹板宽厚比、平面外长细比的增大,箱形钢柱延性和承载力均有所减小,抗震性能变差;柱顶弯矩使箱形钢柱的正向延性增大,而降低其反向延性,柱顶弯矩对箱形钢柱抗震性能的影响相对较小。在此基础上,对箱形钢构件提出与受力状态相关联的腹板宽厚比、平面外长细比限值建议。引入箱形钢柱位移角概念,进而提出大跨度空间钢结构的构件抗震等级划分方法。并给出箱形钢构件腹板宽厚比、构件平面外长细比的抗震验算流程。     

一种分析型钢混凝土T形柱双向压弯受力性能数值模拟方法：试验验证与极限承载力分析

为研究型钢混凝土T形柱双向压弯受力性能,提出一种基于OpenSees零长单元并考虑加载角度影响的高效数值模拟方法,采用该数值算法对已有文献有关弯曲型破坏的型钢混凝土T形柱进行全过程受力分析,以此验证该数值模拟技术的合理性。在此基础上,深入分析轴压比、加载角度、混凝土强度、型钢配钢率与强度、肢高肢厚比等变化参数对型钢混凝土T形柱极限受弯承载力的影响,并推导型钢混凝土T形柱双向受弯承载力计算公式。结果表明：在界限轴压比范围内,提高轴压比、混凝土强度、型钢配钢率、型钢强度和肢高肢厚比均能提高型钢混凝土T形柱极限受弯承载力;但当轴压比大于界限轴压比时,提高轴压比和混凝土强度反而降低其极限受弯承载力;型钢混凝土T形柱的薄弱加载方向为90°（即沿翼缘方向）;加载角度和混凝土强度对型钢混凝土T形柱的界限轴压比影响显著,当加载角度为45°时,其界限轴压比最高;提高混凝土强度会降低其界限轴压比;轴压比在0～0.4、0.4～0.9、0.9～1.4之间,型钢混凝土T形柱双向受弯承载力关系曲线分别为矩形、椭圆形和菱形。     

箍筋约束超高性能混凝土柱受压性能研究进展

为研究箍筋约束超高性能混凝土(UHPC)柱的受压性能和结构设计方法,对约束混凝土柱的研究与发展进行总结分析,讨论了6种简化的约束混凝土本构模型; 重点介绍了国内外关于箍筋约束UHPC短柱、长柱的轴心受压、偏心受压力学特性最新研究成果,并对影响柱受压特性的主要因素等进行分析总结; 对目前研究中存在的问题进行了探讨,并对箍筋约束UHPC柱的未来研究方向进行展望。结果表明:目前研究主要集中于普通箍筋约束UHPC短柱的轴压性能; 箍筋约束UHPC柱需要较高的约束应力才能充分利用UHPC的高性能,并能显著改善构件延性; 钢纤维能延缓保护层开裂,抑制保护层脱落,提高构件的抗损稳定性,与箍筋具有协同组合效应并能共同发挥约束效果; 建议在UHPC构件设计时考虑纤维特性而适当减少配筋,箍筋约束UHPC短柱的轴压承载力计算可偏保守地参考普通混凝土轴压短柱承载力计算模型; 箍筋约束普通、高强混凝土本构模型不能准确评估箍筋约束UHPC柱的轴压特性,建议开发预测精度较高的箍筋约束UHPC柱的本构模型。     

钢管混凝土圆拱的面内承载力分析

迄今为止,全世界已有400多座钢管混凝土拱桥。然而,有关钢管混凝土拱面内承载力的设计规范仍没有。目前,钢管混凝土拱的设计广泛采用钢筋混凝土及预应力混凝土拱的面内承载力设计方法。这样钢管混凝土拱可认为受轴压或偏压作用,相当于钢管混凝土柱。将钢管混凝土柱的经典屈曲荷载作为钢管混凝土拱的参考弹性屈曲荷载。然而,在横向荷载作用下,钢管混凝土拱的面内弹性屈曲性能与轴压下的钢管混凝土柱完全不同,尤其是对于薄壁钢管混凝土拱。另外,与轴压或偏压下钢管混凝土柱不同,钢管混凝土拱在屈曲之前就发生非线性弯曲和横向变形,这严重影响钢管混凝土拱的承载力。因此,钢管混凝土面内承载力的设计方法是否正确值得商榷。提出与现有钢结构设计规范基本一致的钢管混凝土圆拱承载力设计方法,并同时考虑了几何非线性和材料非线性的影响。提出均匀轴压下钢管混凝土拱的面内承载力设计方程,及弯矩和轴压共同作用下钢管混凝土拱面内承载力验算的下限设计方程。     

In-plane strength of concrete-filled steel tubular circular arches

More than 400 concrete-filled steel tubular (CFST) arch bridges have been constructed worldwide so far. However, design codes or guidance for the in-plane strength design of CFST arches are yet to be developed. In current design practice, the philosophy for the in-plane strength design of reinforced and prestressed concrete arches is widely adopted for CFST arches. For this, the CFST arches are considered under central or eccentric axial compression and are treated similarly to CFST columns, and the classical buckling load of CFST columns is used as the reference elastic buckling load of CFST arches. However, under transverse loading, the in-plane elastic buckling behaviour of CFST arches, particularly shallow CFST arches, is very different from that of CFST columns under axial compression. In addition, different from CFST columns under central or eccentric axial compression, CFST arches are subjected to significant nonlinear bending actions and transverse deformations prior to buckling and these will influence the strength of CFST arches greatly. Therefore, it is doubtful if the current method for in-plane strength design of CFST arches can provide correct strength predictions. In this paper, a method for the in-plane strength design of CFST circular arches, which is consistent with the current major design codes for steel structures, is developed by considering both geometric and material nonlinearities. A design equation for the in-plane strength capacity of CFST arches under uniform compression, and a lower-bound design equation for the in-plane strength check of CFST arches under combined actions of bending and compression are proposed.     

基于试验和规范预测冷弯Z型钢组合柱的整体抗压性能

对冷弯型钢组合构件进行压缩试验,以确定比利时工程实践中的常用构件———双Z型钢柱的整体抗压性能。对8组4.45m的长柱进行全尺试验,并记录每个样本6个点处的平面外位移和应变。根据柱高中点处的线应变评估初始缺陷的影响。采用欧洲钢结构规范将所得到的极限性能和预测方法相结合。对预测分析中的假定以及规范中的差异进行了解释与探讨。由于范围受限,构件中的某些性能无法使用欧洲规范进行预测。还可使用北美规范进行冷弯型钢构件设计,其所提供的设计方法略有优势。提出了EN1993-1-3∶2006修正方法,以及基于直接强度法的设计方法。     

Overall buckling behavior of 460 MPa high strength steel columns: Experimental investigation and design method

Overall buckling behavior of compression columns is one of the most important research subjects in steel structures, especially for high strength steel which has been increasingly applied in recent years. An experimental investigation was carried out to study the overall buckling behavior of 460 MPa high strength steel compression members. Totally twelve columns including welded box and I-sections were comprised. The initial imperfections such as the residual stress, initial bending and loading eccentricity were all measured. Based on experimental results the buckling deformation and capacity were investigated. A finite element model was established and further validated by comparing with the test data in both present study and other previous researches, in which initial imperfections were taken into account. A large number of columns with various section dimensions and lengths were calculated by using the validated model, and their buckling capacities were compared with design values according to different steel structures specifications. It was found that the nondimensional buckling strength of such 460 MPa high strength steel columns were significantly improved compared to normal strength steel columns, and corresponding column curves and design formulae were suggested.     

460MPa高强钢柱整体屈曲性能:试验研究及设计方法

受压柱的整体屈曲性能是钢结构研究的重要课题之一,尤其是近几年来应用越来越多的高强钢。对460MPa高强受压构件的整体屈曲性能进行试验研究。对包括焊接箱形截面和I形截面的12根钢柱进行试验。测量构件的残余应力、初弯曲和加载偏心率等初始缺陷。结合试验结果研究其屈曲变形和屈曲承载力。建立有限元模型,并与当前及以往研究中考虑初始缺陷的试验数据进行对比。采用经过验证的模型对大量不同截面尺寸和不同长度的柱的屈曲承载力进行估算,并将计算结果与其他钢结构规范的设计值进行对比。结果表明:460MPa高强钢柱,其无量纲屈曲强度与普通强度钢柱相比明显提高,并给出了相应的柱曲线和设计公式。     

型钢混凝土柱粘结滑移性能及ANSYS数值模拟方法研究

进行了20个型钢混凝土构件的推出试验、20根型钢混凝土偏心受压柱试验,以及23根型钢高强混凝土柱在反复荷载作用下的试验。通过在型钢与混凝土之间埋设的电子滑移传感器和电阻应变片,得到了粘结应力和内部滑移沿型钢埋置长度的分布规律;考虑了混凝土强度、型钢的保护层厚度和埋置长度,以及横向配箍率等诸因素,建立了型钢混凝土粘结强度的计算公式;分析了构件长细比、荷载偏心距对粘结强度和滑移应变的影响,提出了偏心受压柱粘结滑移本构关系的一般表达式;研究了型钢高强混凝土柱在动力作用下粘结滑移的分布规律和粘结退化机理,提出了反复加载条件下的粘结滑移本构模型。结合目前广泛应用的大型商业软件ANSYS程序,对型钢混凝土构件的非线性有限元分析方法进行了研究,全面介绍了数值计算中所涉及到的材料模型定义、几何模型建立、单元划分、约束条件处理等技术问题,并提出了采用非线性弹簧单元(Combination39单元)对型钢混凝土粘结滑移进行模拟的实用方法。