波折腹板H形截面梁的有限元分析

波折钢腹板相对于平直钢腹板具有优异的抗屈曲性能和良好的局部稳定性.利用ANSYS有限元软件分别建立了波折腹板H形截面梁和平直腹板H形截面梁的有限元模型,通过对比总结分析两种梁在轴压力、弯矩和剪力作用下的截面应力分布情况的差异,得出波折腹板H形截面梁在轴压力和弯矩作用下由翼缘承担大部分荷载,在剪力作用下由腹板承担大部分荷载.得到的结果可以为相关结构设计提供一定的参考.     

波浪腹板工形梁局部承压承载力设计方法研究

波浪腹板工形梁的局部承压性能目前国内外研究较少。在总结前人对平腹板和梯形波折腹板梁局部承压极限承载力研究工作的基础上,对波浪腹板工形梁的局部承压性能及设计方法进行研究。通过有限元数值分析,揭示波浪腹板工形梁在局部压力作用下的破坏形式以及腹板几何初始缺陷对局部承压性能的影响,在几何参数分析的基础上建立局部承压极限承载力的简化计算公式。最后针对同时承受局部荷载和弯矩的波浪腹板工形梁,建立截面弯矩与局部压力之间的M-P承载力相关计算公式,并通过有限元数值计算进行验证。     

新型冷弯箱形组合构件力学性能研究

基于箱形截面具有双轴对称、抗弯扭刚度大的特点,提出将冷弯∑形截面两两翼缘相对,并将其卷边焊接形成一种新型冷弯箱形组合截面——DS。应用非线性有限元方法分析新型截面构件在轴压、弯矩及压弯荷载作用时的诸如屈曲模式、承载力、刚度、延性及相关曲线等方面力学性能。同时,还对相同参数的新型截面构件与C形截面构件的单位承载力耗钢量进行比较。分析表明:新型截面构件在承受轴压力时具有高承载力及较高的截面模量,截面加劲充分而使子板件局部屈曲不易出现等力学性能优势。特别适宜承受轴压荷载,同时也适宜承受弯矩和压弯荷载的作用。轴压构件的单位承载力耗钢量一般仅为相同参数C形构件的50%左右,经济效益明显。新型箱形组合构件适于深入试验研究并合理应用于实际工程。     

波浪腹板工形构件疲劳性能试验研究及设计建议

波浪腹板工形构件在国内外除了用于工业厂房的梁柱外,还应用于工业厂房中的吊车梁。应用此种构件可以克服采用高而薄的平腹板工形构件必须设置横向加劲肋的缺点。吊车梁直接承受动力荷载,其承载力往往由其疲劳寿命控制。国内外现有对波形腹板构件疲劳性能的试验及理论研究多集中于梯形波折腹板工形构件,对波浪腹板工形构件的研究还很少。通过两根足尺试件的疲劳试验研究以及理论分析给出了波浪腹板工形构件的疲劳设计建议,获得了按照我国目前《钢结构设计规范》中疲劳验算的分类(属于2类)。此外,通过有限元软件详细分析了疲劳破坏位置附近的正应力与剪应力的分布及变化规律,剖析了影响疲劳的主要因素,验证了试验结果。通过比较平腹板、梯形波折腹板、波浪腹板工形截面梁的疲劳性能,指出波浪腹板工形构件的疲劳寿命优于梯形波折腹板构件,略逊于平腹板构件。最后根据一工程设计实例,给出波浪腹板吊车梁疲劳验算的方法。     

波浪腹板门式刚架轻型房屋钢结构设计理论及应用

波浪腹板工形截面构件由翼缘与波浪腹板组成,与平腹板工形截面构件相比具有较高的承载效率。由波浪腹板工形截面构件所组成的门式刚架,在国外工业建筑轻型房屋钢结构工程中有较广泛的应用,其经济效益也明显优于传统的门式刚架结构。总结了笔者对波浪腹板工形截面构件在轴力、弯矩以及压弯组合作用下的受力性能与设计方法的研究成果,并与同类型平腹板的工形截面构件的性能与设计方法进行了比较。介绍了波浪腹板门式刚架的节点构造,并给出了波浪腹板工形构件的制作等方面的要求。比较了波浪腹板构件与平腹板构件的承载效率,并结合一个典型的门式刚架工业厂房,比较了波浪腹板门式刚架体系与平腹板门式刚架体系在经济性等方面的差异。     

钢筋混凝土受弯构件正截面弯剪承载力计算方法

在我国现行《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)中,受弯矩、剪力共同作用的钢筋混凝土构件的承载力,是按受弯承载力和受剪承载力分别计算的,而截面上实际是弯矩和剪力共同作用的复合受力状态。为此,本文基于混凝土剪压强度理论和截面极限平衡原理,提出综合考虑弯矩、剪力共同作用的受弯构件正截面弯剪承载力计算实用方法。计算结果表明,在受弯构件正截面承载力计算中考虑剪力作用影响后,按现行规范计算的受拉纵筋将出现一定程度不足,建议在承受较大剪力作用的钢筋混凝土受弯构件设计中适当增加纵向配筋。     

大宽厚比梯形腹板H形短柱的极限承载力

通过对具有轴对称梯形腹板的H形短柱极限承载力的试验 ,并进行相应的有限元计算与分析表明 ,在静力荷载条件下 ,工程构件常用范围内的楔率对具有相同底面尺寸的H形短柱的极限承载力影响不大 ;变截面构件的轴压极限承载力可以由小端截面的屈服承载力和有效截面承载力之间的较小者确定。     

波浪腹板轴心受压构件设计方法及试验研究

波浪腹板工形构件作为受弯构件具有较高的承载效率。波浪腹板工形构件作为轴心受压构件使用,在截面合理设计条件下也仍不失为一种性能良好的构件。通过理论和数值分析,对波浪腹板轴心受压构件的稳定性设计理论进行研究,提出其稳定承载力的计算方法;制作了两个试件进行轴压试验研究,并与有限元分析结果进行对比。同时比较平腹板与波浪腹板受压构件的经济性,说明在构件绕强轴失稳破坏的情况下,减小波浪腹板的厚度而增大其高度可获得较大的承载力。     

均布荷载下简支波浪腹板H形截面钢梁弹性整体稳定性研究

采用能量法研究简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性整体稳定性,推导了满跨均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩公式,通过引入波浪腹板H形截面钢梁的等效翘曲惯性矩和绕虚轴等效惯性矩,得到均布荷载作用下简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩表达式与普通H形截面简支钢梁形式相同。采用有限元方法对均布荷载作用下简支波浪腹板H形钢梁进行模拟分析,与本文公式计算结果对比验证了所提公式准确有效。均布荷载作用下不同参数简支波浪腹板H形截面钢梁的有限元分析表明,简支波浪腹板H形截面钢梁的弹性临界弯矩大于平腹板H形截面钢梁;随着波浪腹板波幅的增大、翼缘宽度和翼缘厚度的增大,简支波浪腹板H形截面钢梁的整体稳定临界弯矩增大。     

T形钢管混凝土截面在双向弯矩和轴力联合作用下的相互作用曲线

T形钢管混凝土柱由翼缘宽矩形钢管和腹板矩形钢管内填混凝土构成,其中翼缘宽钢管又分成腹板左侧、与腹板相对和腹板肢右侧等三个腔,各腔壁板的宽厚比满足矩形钢管混凝土柱中对宽厚比的限值,因而钢板不发生局部屈曲。按照弹性材料假定确定组合截面的弹性形心主轴;采用截面变形符合平截面假定,钢材为理想弹塑性,并假设混凝土在钢管的约束下混凝土在到达强度标准值后不退化,略去混凝土拉应力,采用计算程序确定了T形钢管混凝土柱(T-CFT)在双向弯矩和轴力作用下形成塑性铰时的极限曲面。计算截面在塑性中和轴平行于翼缘时的轴力-弯矩相关曲线,论证了轴力-弯矩相关曲线的旋转对称性;分析了曲线的特点,根据弹性形心轴和塑性中性轴的相对位置,识别出4个关键点,分别是全截面受压、全截面受拉、塑性中性轴与弹性形心轴重合和塑性中性轴位于翼缘钢管的下表面,计算这4个关键点的轴力和弯矩;计算并且理论分析也表明,当塑性中性轴与弹性形心轴重合时,抗弯承载力达到最大值。根据不同截面宽高比、不同钢材与混凝土强度等级的组合下相关曲线的不同特点,将相关曲线分为两类,分别拟合了轴力和弯矩的相关关系。对于塑性中性轴平行于腹板的情况,存在绕两个形心轴的弯矩,分别画出了轴力与绕两个坐标轴的弯矩的两组相关曲线,这些相关曲线上同样可以识别出5个关键点,分别对应于全截面受拉、全截面受压、塑性中性轴在腹板肢左侧和腹板肢右侧、塑性中性轴与弹性形心轴重合,利用这5个关键点的轴力和弯矩值,拟合了轴力与弯矩相关曲线的两组近似计算公式。对最大抗弯承载力进行了参数分析,结果表明,影响最大抗弯承载力的最大因素是混凝土的分担率,为此拟合了最大抗弯承载力与混凝土分担率的关系曲线。最后,分析了T形钢管混凝土截面在双向弯矩和轴力作用下的相关曲线,考察了给定轴力下绕两个坐标轴的弯矩之间的相关关系曲线,发现相关曲线的左、右、上、下4个极值点的弯矩值对应的塑性中性轴分别平行于坐标轴,基于此特性,利用已经提出的塑性轴平行于坐标轴时的轴力-弯矩相关关系的计算式,可以计算出这4点的弯矩值;根据不同轴力下双向弯矩相关曲线,拟合了双向弯矩相关关系式。通过与大量算例结果的对比,发现该公式精度良好且偏于安全。     

不同荷载工况下双段变截面H型钢梁相关屈曲性能分析

采用ANSYS软件中的板壳元,考虑双重非线性,对梁端受等弯矩、不等同号弯矩、不等异号弯矩和梁上均布荷载和两端简支与固接情况下双段变截面H型钢梁进行了全过程分析,并同时考虑了纵向焊接残余应力、初始几何缺陷的影响。根据获得的构件荷载-位移曲线和不同荷载时刻的构件整体与局部变形形态,对比分析了不同荷载工况对双段变截面梁的承载力、整体刚度、相关屈曲、塑性扩展等性能的影响。研究结果表明,对于受弯矩作用的双段变截面H型钢薄壁梁,其腹板宽厚比可尽量取大值;剪力对梁的相关屈曲性能影响很大,对主要受剪力作用的梁,要防止发生腹板局部屈曲;固接约束极大改善构件性能。     

焊接箱形截面稳定承载力的直接强度设计法

现行GB 50017—2003《钢结构设计规范》对焊接箱形截面构件在考虑壁板局部失稳后的稳定极限承载力的设计规定还相当粗糙,按腹板高度边缘范围内两侧宽度各为20tw计算有效面积,未能与构件整体稳定性建立有效的联系。采用板壳单元,精确地模拟了箱形截面构件的壁板局部失稳及其相互作用,在大挠度、弹塑性范围内对箱形截面的稳定极限承载性能进行了研究。在大量数值分析的基础上,分别归纳总结了箱形截面构件在承受轴向压力、纯弯曲以及弯矩与轴力共同作用下的稳定极限承载力简化计算公式,对箱形截面构件稳定承载力计算及设计有参考价值。这种把构件稳定承载力设计与构件几何尺寸建立直接关系的直接强度设计法,会改进采用有效宽度法产生的误差,可以为薄壁结构相关技术规程修订时参考。     

桁架模型在抗剪中的理论研究

作用在钢筋混凝土构件的内力通常为轴力、弯矩、剪力和扭矩。对轴力和弯矩作用的钢筋混凝土构件,各国采用的设计方法基本相同。可以认为,钢筋混凝土构件正截面承载力计算理论和方法已获得圆满解决,对于剪力和扭矩作用的钢筋混凝土构件,各国采用的设计方法则差别甚大,尤其是工程中常用受剪构件的承载力,一直是设计和科研工作者非常关心的问题。 钢筋混凝土构件的受剪承载力,在承载力极限状态计算中,确定计算模式及机理是重要的一环,六十年代以来,许多国家的学者对抗剪机理及计算     

波浪腹板受弯构件设计理论及试验研究

波浪腹板工形构件由翼缘与波浪腹板通过高频焊接组成,作为受弯构件具有较高的承载效率。基于波浪腹板工形构件截面承载力的简化模型,提出波浪腹板受弯构件强度和抗剪稳定承载力计算公式,同时亦给出考虑波浪腹板剪切变形的构件挠度计算方法;对2根足尺的波浪腹板工形截面梁进行面内加载试验,揭示受弯构件加载破坏过程及破坏机理;同时以有限元分析进行佐证,分析构件初始缺陷对其破坏形式的影响。研究表明,试验结果与有限元分析结果吻合较好,亦验证建议设计方法的合理性。     

某风力发电分离式预应力混凝土塔架的设计和分析

本文考虑动力荷载作用下混凝土材料强度的提高,对某2.5MW风力发电预应力混凝土塔架在静力和动力荷载作用下的受力性能进行了分析,计算了预应力混凝土塔架最危险截面的轴力、剪力和弯矩,并验算了截面承载力,为钢-预应力混凝土塔架的设计提供经验。     

Q460高强度钢材工形压弯构件抗震性能的试验研究

为研究高强度钢材工形压弯构件的抗震性能,对6个Q460钢材工形压弯试件进行低周往复荷载试验研究,分析板件宽厚比、轴压比等因素对试件的破坏形态、耗能能力和抗震性能的影响,给出截面Np-Mp理论曲线并与试验结果进行对比。结果表明,Q460高强度钢材工形压弯构件具有很好的耗能能力和抗震性能,可以应用于抗震钢框架;且当翼缘和腹板宽厚比超限时,承载力退化仍然较慢,极限层间位移角明显大于1/50,表现出良好的抗震性能和极限承载能力;采用极限分析方法求得的Np-Mp曲线计算Q460钢材工形压弯构件平面内稳定承载力是偏于安全的。建议Q460钢材工形截面压弯构件的翼缘宽厚比限值为9,腹板宽厚比限值为33;同时建议抗震规范中钢柱的板件宽厚比限值应与轴压比相联系。     

大宽厚比H形截面短柱轴压性能研究

针对大宽厚比H形截面轴心受压构件,目前中国GB 50017—2017中尚未形成完整的设计方法,而在欧洲EN 1993-1-1和美国ANSI/AISC 360-16中未能充分考虑板件相关作用的影响。为确保此类构件在工程应用中的安全性,探讨以上规范计算方法的适用性,针对12个大宽厚比,即宽厚比超出GB 50017—2017板件宽厚比限值的H形截面短柱,开展了轴压试验研究,基于试验结果进行了有限元分析。研究结果表明：翼缘与腹板间的约束作用在不同宽厚比组合下存在差异,直接影响板件的屈曲荷载,进而影响构件的承载力;通过调整翼缘与腹板宽厚比组合,大宽厚比H形截面轴心受压短柱有较高的屈曲后承载力,甚至可以达到全截面塑性承载力;根据板件宽厚比相对大小不同,峰值荷载后大宽厚比H形截面轴心受压短柱荷载-位移曲线可分为有、无陡降段两种类型;通过有限元分析,得到了宽厚比对H形截面轴心受压短柱承载力的基本影响规律,提出了考虑板件相关作用的受压截面分类宽厚比限值;通过对不同规范轴心受压构件承载力计算结果的对比,发现欧洲EN 1993-1-1和美国ANSI/AISC 360—16对H形截面轴心受压短柱承载力的计算结...     

矩形管截面塑性极限承载力相关关系

随着钢管加工制作工艺的发展,矩形钢管结构的应用也越来越普及.因此,对矩形钢管截面在复杂内力下的极限承载力相关关系的准确了解就显得很有必要.简述了矩形截面钢管极限承栽力的研究现状,对矩形管截面塑性极限状态下的弯矩-剪力相关关系进行了推导,并通过有限元参数分析,以截面高跨比和腹板-翼缘面积比为参数,分析了剪力对矩形管截面极限弯矩的影响.最后,给出了轴力、弯矩、剪力和扭矩共同作用下矩形管截面的极限承载力相关关系表达式,并绘制了可供结构设计使用的复杂内力下的极限承载力相关曲面.     

高层磷石膏墙体网格式框架结构受力性能分析

高层磷石膏墙体网格式框架结构在水平荷载下,内力不以剪力为主,整体弯矩起主要控制作用。采用有限元软件PKPM,以层数为变化参数,研究水平及竖向荷载作用下整体弯矩对结构受力性能的影响。计算结果表明:整体弯曲对底层柱底倾覆弯矩影响较大,轴力基本呈线性关系增加,而对倾覆剪力的影响较小。其底部变形呈弯曲型,上部变形呈剪切型。边框架柱截面面积相等时,矩形框架柱承担轴力和剪力分别比L形大2%和15%;边框架柱截面惯性矩相等时,矩形框架柱承担轴力和剪力分别比L形大9%和18%。     

K形管板节点板稳定承载力研究

《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)附录F中介绍了桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定计算,假定受压区节点板分成三个区同时受压,把各个区当成轴心受压构件分别计算其稳定性,但只考虑了腹杆轴力的影响,没有考虑腹杆弯矩的影响。实际上,腹杆弯矩的存在会导致三个区中边上的两个区分别承受压应力和拉应力。因此,在对平面K形管板节点的节点板稳定承载力进行分析时,考虑了腹杆轴力与弯矩的共同作用,并假定受压区节点板分成三个区同时承受外力,把受压区当成轴心受压构件计算其稳定性,提出了平面K形管板节点在斜腹杆压力作用下节点板的稳定承载力计算公式。最后,与按照小挠度理论推导的稳定承载力计算公式进行了对比,得到《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中节点板稳定承载力的结果偏于安全的结论。