纯压圆弧形钢管桁架拱平面内稳定性能及设计方法

目前针对钢管桁架拱平面内稳定性能及承载力的研究较少,缺少相应的设计方法。提出了钢管桁架拱截面剪切刚度表达式,考虑剪切变形的影响推导了纯压两铰圆弧桁架拱屈曲荷载的简化计算公式以及换算长细比表达式。基于有限元方法,全面分析了截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角及腹杆截面尺寸等不同参数对平面桁架拱和空间桁架拱弹性屈曲性能的影响,结果表明采用简化公式与有限元分析结果吻合良好。借鉴实腹拱和格构柱的稳定设计方法,采用大挠度弹塑性有限元法系统研究了平面及空间纯压桁架拱的相关稳定承载力,发现节间弦杆长细比与桁架拱整体长细比的比值是衡量局部稳定对整体稳定影响的关键参数,在此基础上提炼出纯压桁架拱的相关作用影响系数,并拟合得到了纯压桁架拱的稳定设计曲线,从而为一般荷载作用下压弯桁架拱的稳定承载力的设计奠定了基础。     

卷焊圆管、方管轴压杆的脆性屈曲

钢管截面构件受压时为脆性屈曲,可靠指标β与普通压杆理应有所不同,但目前国内有关设计规范(程)对此都没有反映。本文采用弹塑性梁柱理论、数值积分法计算了卷焊圆管、方管截面轴压杆完整的荷载-位移曲线,分析了纵向焊接残余应力、初弯曲、板件宽厚比(径厚比)对钢管压杆屈曲及屈曲后性能的影响,提出了圆管、方管截面轴压杆稳定承载力计算方法。     

用数学模拟方法近似计算变截面压杆的临界荷载

在结构稳定性计算中,常常必须计算压杆的临界荷载,其中变截面压杆的临界荷载计算比较复杂。本文讨论用数学模拟方法计算变截面压杆的临界荷载,其计算结果表明,与精确值相比误差相对较小。     

2个移动荷载下深梁设计的压杆-拉杆模型

为使深梁的设计建立于合理的理论基础之上,采用压杆-拉杆模型的设计方法对2个间距一定的移动荷载下的钢筋混凝土深梁进行设计。建立了2个移动荷载下深梁拓扑结构变化的压杆-拉杆模型,给出了拉杆拉力、压杆压应力的计算公式,并用一个实例验证了该方法的合理性。结果表明:当荷载移动到深梁接近跨中的某一位置时,拉杆承受的拉力最大,应以此确定需要的纵向受拉钢筋面积;当荷载移动到深梁接近于支座时,混凝土压杆的压应力最大,应通过压应力得出深梁的截面尺寸及混凝土的抗压强度。     

FRP加固变截面局部损伤钢压杆的大挠度屈曲分析

考虑任意多区域局部损伤和FRP材料对变截面钢压杆弯曲刚度的贡献以及初弯曲、初偏心两种几何缺陷的耦合影响,首次基于大挠度理论建立了FRP加固变截面损伤钢压杆的稳定微分方程。提出一种将杆轴初始挠度近似拟合成圆弧的初弯曲模型,推导出压杆大挠度屈曲时最大挠度、荷载与杆端转角之间的函数关系。建立了基于边缘屈服准则的弯矩作用平面内稳定承载力的计算公式。探讨了局部损伤、FRP粘贴厚度、初弯曲、初偏心等参数对变截面局部损伤钢压杆FRP加固后的大挠度屈曲性能的影响。数值算例与已有文献对比和参数分析证明了本文解析算法、公式及结论的正确性和有效性。     

弹性介质上等截面压杆稳定分析

通过对等截面压杆临界荷载进行分析，提出了能量法和图乘法相结合的方法，对上端铰支、下端固端压杆的稳定性进行了分析，指出该方法误差很小，可以忽略不计，能够应用于其他各类压杆。     

楔形变截面压杆绕弱轴的弹塑性稳定

主要研究了楔形变截面压杆绕弱轴的弹塑性弯曲失稳。提出了以大头截面为计算截面的压杆极限荷载计算公式。     

开口薄壁截面悬臂压杆的稳定问题研究

根据能量泛函变分原理,推导开口薄壁杆件在杆端压力P和沿杆轴向均匀分布压力q共同作用下的控制方程,并采用伽辽金法求解,研究开口薄壁截面悬臂压杆的稳定问题,计算荷载P和ql不同比例情况下的临界荷载和P-ql临界荷载包络线。     

四边形截面圆弧空间钢管桁架拱平面内稳定性及试验研究

通过大挠度弹塑性有限元分析研究桁架拱在集中荷载、水平均布荷载、轴线均布荷载等不同荷载形式下的失稳与破坏机理,考察截面高宽比、矢跨比、腹杆夹角、腹杆尺寸等几何参数对桁架拱稳定承载力的影响,结果表明在不同参数条件下,桁架拱可能发生弦杆局部失稳、腹杆局部失稳、整体失稳以及局部与整体相关失稳等破坏形式;与拱的整体失稳和弦杆局部失稳相比,腹杆失稳会导致承载力的大幅下降,设计中应保证腹杆不先发生破坏。在理论分析的基础上,设计4榀矩形及梯形截面空间桁架拱模型进行了平面内稳定性能试验研究,分析表明两种截面形式的桁架拱在平面内具有基本相同的刚度和承载能力,其承载力设计可以采用相同公式。最后,基于静水压力作用下桁架拱的面内稳定设计曲线,通过大量的算例分析,提出轴力和弯矩共同作用下四边形截面圆弧形空间钢管桁架拱的整体面内稳定承载力设计方法。     

对称截面铝合金挤压型材压杆的稳定系数

本文结合上海植物园展览温室屋顶铝合金网架工程,对铝合金压杆进行了试验研究,分析了材料特性、初始弯曲、初始偏心和截面形状等因素对铝合金压杆极限承载力的影响,最后在试验结果和数值计算的基础上得出了对称截面铝合金挤压型材压杆的稳定系数,并和欧洲建议、美国规范及上海市规程的稳定系数进行了比较。     

变截面压杆稳定临界力能量计算方法

根据变截面压杆截面的变化规律,基于势能驻值原理,利用能量法推导出了变截面压杆稳定临界力的计算公式.该方法计算方便、精度高,适合于各种截面变化规律的压杆,易于被工程设计人员掌握.     

钢筋混凝土结构的拉压杆模型设计方法及现状

钢筋混凝土结构抗剪计算一直是困扰工程界的一大难题，尤其是对于平截面假定不符合的区域(D区)，国内现有计算方法精度较差。国外近二三十年使用的拉压杆模型计算方法是D区最好的设计计算方法，其精度完全能满足工程应用的要求，能用于任何混凝土结构受任意荷载作用。本文简述了拉压杆模型方法的计算步骤及应加以注意的各方面，介绍了其发展的主要几个方向及其计算软件CAST。     

预应力钢压杆的理论及试验研究

日益广泛应用的大跨度张力结构中经常出现一些高度大、负荷重的立柱以支承全部或局部屋面荷载。按常规设计的这些立柱往往截面大,耗材多,成本高,大大抵消了张力屋面的良好经济效益。在钢立柱的设计中采用预应力技术不仅可以达到提高杆件的稳定性和刚度、降低耗钢量及成本的目的,而且还可以改善结构的动力性能,提高其抗震性。 本文研究了预应力钢压杆的静力特性,分析了荷载下的内力分配规律,推导了压杆的临界荷载值及强度极限值,并通过系列模型试验检验了理论分析的可行性及准确程度。     

薄壁槽形截面压杆弹性整体屈曲数值计算研究

为研究薄壁槽钢整体屈曲下的数值算法的适用性,以4种不同杆端约束下的薄壁槽形截面压杆为研究对象,根据广义梁理论确定其发生弹性整体屈曲的有效长度及临界荷载,与开口薄壁理想压杆的线性及非线性解析解进行对比,得到一致的临界荷载。利用ABAQUS有限元分析软件建立壳体有限元模型,采用杆端截面形心集中加载,依据约束情况确定杆端约束,以及根据有效长度施加不同初始缺陷的计算模型,开展特征值算法和隐式弧长法数值计算分析。计算结果表明:当开口薄壁压杆的有效长度足够大时,临界荷载的特征值数值解与理论解一致,弧长法计算得到的非线性解误差相对较大。当有效长度不够大时,弧长法计算得到的极限荷载与理论解基本一致,且弧长法可有效追踪后屈曲路径。     

纯压抛物线拱平面内稳定性及设计方法研究

采用大挠度弹塑性有限单元法对全跨竖向均布荷载作用下纯压抛物线拱平面内稳定承载力进行研究,考虑材料非线性、焊接残余应力、初始几何缺陷、矢跨比和支承条件等因素的影响,得到了热轧圆管截面、焊接工字形截面和焊接箱形截面纯压三铰、两铰和无铰抛物线钢拱的平面内稳定性设计曲线,给出纯压抛物线钢拱的平面内稳定设计公式。以拱的正则化长细比为基本参数,统一了三铰、两铰和无铰纯压抛物线钢拱的平面内稳定设计曲线,可用于全跨竖向均布荷载作用下纯压抛物线钢拱的平面内稳定性设计,同时可供实际设计时使用和制定有关规程时参考。     

《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)应用中的几个问题

《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)施行两年以来,在应用过程中提出了一些问题。就所接触到的问题陈述了个人的见解。问题包括:T形截面的梁端加劲肋的稳定计算、箱形截面轴心压杆的壁板宽厚比限值和超过限值时的有效宽度、框架二阶分析所涉及的重力荷载和柱压力、对接焊缝的强度设计值。     

弹性压杆稳定问题的精确解法

对于杆系结构的静力问题能够通过有限单元法得到精确解答,但是对于稳定问题常规有限元法则很难得到精确解答。本文提出一种新的有限元列式,能够精确求解弹性压杆稳定问题。即通过对弹性压杆稳定问题控制微分方程进行分析,建立了新的精确单元形函数,提出一种新的弹性压杆稳定有限单元,利用迭代算法来确定压杆的临界荷载及相应的失稳模态。最后通过数值算例验证了本文方法的正确性及有效性。     

国产Q460高强钢焊接工形柱整体稳定性能研究

为研究国产Q460高强度钢材轴压构件的整体稳定性能,对7个焊接工字形截面钢柱试件进行试验研究。试验实测了构件的几何初始缺陷和截面残余应力,并分析其失稳变形特征和整体稳定承载力。利用试验结果和实测的初始缺陷数据,验证了所建立的有限元数值模型的可靠性和准确性;此外,通过大量参数分析计算了不同截面尺寸和长度的国产Q460高强钢焊接工字形截面轴压杆绕截面强轴和弱轴失稳的整体稳定承载力,并与国内外的钢结构设计规范柱子曲线进行比较。结果表明,该类轴压杆的整体稳定系数要明显高于相应的设计曲线,即相比具有相同正则化长细比的普通强度钢材轴压杆其整体稳定系数要有明显提高;给出了建议的柱子曲线类型,并在数值分析的基础上拟合新的柱子曲线,以为工程应用和规范修订提供参考。     

腹筋对轻骨料混凝土深受弯构件受剪性能及尺寸效应影响的试验研究

完成对称集中荷载作用下的8根轻骨料混凝土深受弯构件及2根普通混凝土深受弯构件受剪性能试验,分析了腹筋配筋率及截面高度对破坏过程及形态、荷载 跨中挠度曲线、特征荷载、斜裂缝发展趋势、纵筋及腹筋应变等的影响机制与规律,重点明确了腹筋对深受弯构件抗剪承载力及尺寸效应影响的作用机理。为合理量化腹筋在传力机制中的贡献,建立以腹筋作为竖向拉杆的改进拉-压杆模型(STM),结合对典型压杆有效系数模型的分析和评价,验证了改进STM的有效性。试验结果表明：试件主要发生剪压破坏,其破坏形态与截面高度无关,腹筋可有效约束混凝土剥落;随腹筋配筋率增大,名义开裂/极限强度呈增大趋势,而最大斜裂缝宽度随之降低;腹筋可在抵抗斜截面内部分拉应力的同时对压杆形成有效侧向约束,削弱尺寸效应影响。计算结果表明：与简化STM相比,改进STM能够合理反映腹筋配筋率对受剪承载力的影响,基于ACI 318.19压杆有效系数的改进STM的预测值与试验值吻合良好。     

楔形变截面压杆的弹塑性稳定

研究了楔形变截面压杆平面内弹塑性弯曲失稳。提出了以大头截面为计算截面的压杆稳定性计算公式 ,给出了配套的变截面压杆计算长度系数公式和表格。对变截面压杆与等效的等截面压杆的弹塑性工作性能进行了比较 ,发现后者总是在悬臂柱的固定端截面开始出现塑性 ,而变截面压杆的塑性区在离固定端一定高度的地方先出现 ,这一差别导致弹塑性失稳的变截面压杆比等效的等截面压杆的承载力要高