基于等效刚度的蜂窝梁弯扭屈曲临界荷载计算方法

蜂窝梁是在梁腹板上开有连续规则孔洞的一种钢梁,腹板开孔后对其抗侧刚度有较大的削弱,因此整体稳定性能是蜂窝梁的重要问题。基于能量法推导出实腹梁弯扭屈曲临界荷载的计算式,采用等效刚度的方法,通过等效侧向抗弯刚度、等效翘曲刚度和等效扭转刚度推导了蜂窝梁的弯扭屈曲临界荷载的计算式。其次,考虑蜂窝梁截面尺寸、跨度、开孔率和距高比的影响,采用有限元方法对圆形孔和六边形孔蜂窝梁的弯扭屈曲进行了分析,得到了蜂窝梁弯扭屈曲临界荷载的变化规律,并验证了蜂窝梁弯扭屈曲临界荷载计算式的正确性,可为蜂窝梁的整体稳定设计提供参考。     

海口双子塔-南塔结构整体稳定与关键构件计算长度系数研究

海口双子塔-南塔位于地震高烈度与强台风区,结构设计存在较大挑战,其整体稳定及构件稳定承载力验算是其中的重要内容。首先采用倒三角分布荷载、风荷载和地震作用三种荷载分布形式计算了结构的弹性等效侧向刚度,并据此得到了结构的刚重比和P-Δ效应的影响,结果表明,结构具有较好的抗侧刚度和整体稳定性能。使用MIDAS Gen软件进行了结构整体屈曲分析,进一步印证了结构具有良好的整体稳定性能。通过弹性屈曲计算了巨型柱及RCFT中柱的屈曲临界荷载,并使用欧拉公式反算了计算长度系数。     

四边连接开洞屈曲约束钢板墙简化分析模型

为简化四边连接开洞屈曲约束钢板墙结构的建模、分析和设计，提出采用等效多斜杆模型作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型。确定了合理的杆件数量、位置和斜杆截面面积分配比例。基于刚度和承载力等效原则给出了斜杆截面面积和等效材料强度的计算公式。利用有限元方法对四边连接开洞屈曲约束钢板墙和等效多斜杆模型进行了分析对比，验证了等效多斜杆模型的准确性。结果表明：提出的等效多斜杆模型不仅能够准确模拟四边连接开洞屈曲约束钢板墙的受力过程，还能较好地模拟开洞屈曲约束钢板墙对边缘构件的传力，结构的初始刚度、屈服承载力、荷载-位移曲线和边缘构件的内力大小与分布均符合较好，可以作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型进行结构分析与设计。     

大开孔单层椭球网壳-组合楼板混合结构设计及稳定性分析

本文以九寨沟甘海子国际会展中心展厅结构为工程背景,介绍了单层椭球网壳-组合楼板混合结构的分析设计过程。首先,采用相贯节点的计算理论,对该工程采用的鼓节点的设计进行了详细论述。此外,本文采用子空间迭代法对该混合结构进行了特征值屈曲分析;采用非线性有限元理论,结合N-R法和柱面弧长跟踪技术,对该结构进行了考虑初始缺陷的非线性全过程分析;并采用估算公式进行了校核。计算结果表明,特征值屈曲分析结果是局部失稳的极限荷载,而非线性屈曲分析结果是整体失稳的极限荷载。对于有局部刚度薄弱的结构,采用非线性屈曲分析得到的极限荷载更为合理。     

广西钦州市体育场钢结构整体稳定性设计

广西钦州市体育场空间造型复杂,包含东、西两看台,看台下部为钢筋混凝土框架结构,上部采用大跨度悬挑钢结构。屋盖主桁架通过支座支承在高差悬殊的混凝土结构上,主支撑结构采用前锥型-后V型支撑,形成的结构传力途径简单明确。但每一单榀大悬挑主钢架容易形成瞬变机构,由于各榀主悬挑结构及其支撑在空间上具有不同的x、y、z坐标而不共面,各榀间又通过相应的结构联系桁架形成稳定的整体结构。本文为了研究屋盖钢结构整体稳定性,根据各荷载工况响应计算,确定了恒、活荷载及风荷载为主要控制荷载,从而以相应的荷载组合来计算整体稳定系数,在计算上验证了整体结构稳定性。计算方法采用Sap2000程序对钢结构进行了线性特征值屈曲计算,并考虑初始几何缺陷,其中风荷载采用风洞实验结果。屈曲计算结果表明,钢结构整体稳定性满足安全要求,具有足够的屈曲安全系数。钢结构的整体稳定性也需在结构布置、支座设计及相应节点设计上的保证。     

温州体育中心主体育场钢罩棚结构设计

温州体育中心主体育场上部钢罩棚体量巨大、悬挑较长，结构体系、细部构造设计决定结构整体稳定性和抗连续倒塌能力.采用SAP2000有限元软件建立整体计算模型，进行计算分析，衡量结构整体性能指标；对结构进行线性屈曲与非线性稳定性分析，以屈曲因子衡量结构整体稳定性；采用备用荷载路径设计法进行抗连续倒塌设计，以局部构件失效后验算剩余结构是否具有抗连续倒塌的能力；采用ANSYS软件对支座节点进行有限元分析，采取构造措施有针对性地解决节点应力集中现象.结构概念设计与精细化分析表明，温州体育中心主体育场上部钢罩棚采用径向悬挑主桁架+环向次桁架+水平支撑结构体系，结构整体稳定性好，有较强的抗倒塌能力，结构体系选择合理.针对大体量、长悬挑结构，采用径向悬挑主桁架+环向次桁架+水平支撑结构体系，较好地解决结构整体稳定性、抗连续倒塌能力问题，为类似钢罩棚设计提供参考.     

某复杂高层混合结构屈曲分析

对本工程从整体到局部进行了屈曲分析,采用SAP2000有限元分析程序对结构进行整体屈曲分析,综合考虑周围构件的边界约束条件,并用大型有限元软件ANSYS对单根柱进行屈曲分析,主要研究结构中的抗风水平桁架的弹性支承作用对所支承柱稳定性的提高作用.分析结果表明,抗风桁架改变了所支承柱的屈曲模态,提高柱子的屈曲荷载;荷载的分布形式对结构的屈曲荷载有一定的影响;在边界条件模拟合适的情况下,局部模型的屈曲分析也能取得可靠的结果.     

交叉加劲钢板深梁弹性屈曲分析

以交叉加劲钢板深梁为研究对象,利用有限元软件ANSYS分析其弹性屈曲性能,讨论了抗弯刚度比、跨高比、钢板深梁厚度对其弹性屈曲性能的影响;考虑钢板深梁在钢框架的弯剪受力特性,根据板的经典理论建立了交叉加劲钢板深梁屈曲荷载计算公式,提出了等效屈曲系数。结果表明:交叉加劲钢板深梁的临界屈曲荷载随抗弯刚度比增大而增大,但达到门槛刚度比后,增大幅度急剧减小,得到门槛刚度比约为10;临界屈曲荷载随跨高比和板厚的减小而减小,等效屈曲系数随板厚减小而增大;等效屈曲系数与跨高比关系曲线由二次抛物线形向波浪形渐变,交叉加劲钢板深梁受力特性由剪切主导向弯曲主导过渡。     

冷弯C型或Z型钢截面受弯时的畸变屈曲

对C型或Z型檩条受弯时的畸变屈曲进行分析,指出了目前澳大利亚和美国规范采用薄壁构件理论分析畸变屈曲的方法,过高估计了翼缘-卷边的刚度,因而采用降低腹板对翼缘约束的方式,使得结果符合有限条方法的结果。通过采用卷边等效抗弯刚度,对翼缘采用板件理论研究,推导了腹板对翼缘的约束刚度计算公式,并将其用于翼缘-卷边的畸变屈曲计算和局部屈曲计算,与有限元方法的计算结果对比表明,得到的屈曲系数精度良好且偏安全。     

高层建筑结构整体稳定性研究

结构的侧向刚度和重力荷载之比即刚重比,是反映结构整体稳定性的关键参数。当高层建筑的高宽比足够大时,结构的刚重比一般接近规范规定的下限值,甚至低于下限值,计算的刚重比的准确性就显得非常重要。着重分析了弯剪型结构整体稳定性验算时存在的问题,比较结构顶点位移在考虑重力P-Δ效应前后的变化,以及其与刚重比及结构屈曲临界荷载系数的关系,提出了补充验算结构整体稳定性的建议。     

海安电视发射塔整体稳定分析

海安电视发射塔是典型的高耸结构,其结构布置不同于传统的电视发射塔,该结构只设有横杆和斜杆,没有主柱,所有的竖向荷载均由斜杆承担,因此海安电视发射塔的整体稳定显得尤为重要。本文利用ANSYS有限元软件对海安电视发射塔分别进行了特征值屈曲分析、初始缺陷屈曲分析和双重非线性分析。对比结果发现,初始缺陷对结构稳定的影响较小,材料非线性对结构稳定的影响较大,对其进行整体稳定分析时,不可忽略材料非线性的影响,为类似结构的稳定性设计提供了参考。     

半刚性连接钢框架的弹性屈曲荷载计算

以单层多跨框架结构为研究对象,通过对各梁柱构件建立失稳状态的控制微分方程并引入相应的连续性条件和边界条件,建立了半刚性连接平面钢框架结构整体弹性失稳的临界荷载计算模型,并研制了相应的计算程序。计算结果表明,框架结构的半刚性连接特性和水平支撑对其整体稳定性的影响极为显著,而且结构失稳的整体效应需引起高度重视。分析结果还表明,作用于多跨框架结构竖向荷载的分布特征对整体框架结构的弹性屈曲荷载有不可忽视的影响,而这一点在目前钢框架的设计理论中并未充分考虑。另外,半刚性连接特性及结构的支撑刚度对钢框架结构稳定性的影响具有明显的界限性和区间性,即当连接刚度或支撑刚度超过一定数值时,其变化对框架结构弹性屈曲荷载的影响将无需再考虑。     

考虑竖向荷载影响的结构水平临界荷载分析

讨论了结构竖向荷载和水平向屈曲临界荷载的相互影响,分析了研究竖向荷载作用下结构水平临界荷载计算的必要性,并给出了其特征屈曲临界荷载计算的具体过程,通过算例分析,得到了某一结构竖向荷载和水平向临界荷载的相互关系,并提出了稳定区的概念及判断实际结构稳定性的具体方法。     

火灾下轴心受压H型截面约束钢柱整体稳定设计

利用验证的有限元模型分析了轴向约束刚度比、轴力荷载比和钢柱长细比对火灾下轴心受压H形截面约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响,给出了其屈曲温度和破坏温度的计算方法。轴向约束刚度比对约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响可用指数函数表示,轴力荷载比和钢柱长细比对约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响可用多项式表示。采用有限元方法对计算公式进行了验证,设计公式计算结果与有限元分析结果吻合较好,且设计公式给出偏于安全的结果。     

石家庄国际会展中心双向悬索结构整体稳定性分析

石家庄国际会展中心项目建筑造型新颖别致,富有艺术表现力,结构体系复杂,采用了双向悬索结构体系,其中纵向主承重采用自锚式悬索结构,横向次承重采用双层索桁架结构,传力方式特殊,为增大屋盖平面内刚度,还设有水平交叉支撑。以石家庄国际会展中心C厅结构为研究对象,进行了线性屈曲和非线性屈曲分析。研究了初始缺陷分布模式、荷载分布形式以及初始缺陷值的大小对结构整体稳定的影响。研究表明：初始缺陷的分布模式对石家庄国际会展中心结构的整体承载力影响不大;荷载分布形式对结构的整体承载力有较大的影响;初始缺陷值在结构跨度的1/300以内时,结构整体承载力损失不大,但当其增大至1/100结构跨度时,结构的整体承载力显著下降;该结构具有良好的整体稳定性,线性屈曲及双重非线性荷载因子均满足规范要求。     

异型钢结构整体稳定性分析

异形钢结构设计,除考虑构件整体稳定和构件局部稳定外,结构的整体稳定至关重要。通过对一个异形钢结构的整体稳定分析,得到了该结构整体稳定性态与结构体系、边界约束间的内在关系,说明了结构屈曲模式的特点与形成机理,获得了结构的整体稳定临界荷载因子,为设计提供了可靠的计算数据。同时,根据计算结果,提出了该钢结构制作安装的精度要求。     

腹板开孔冷弯卷边槽钢受弯构件弹性屈曲

采用理论和有限元方法分析腹板开孔冷弯薄壁型钢受弯构件弹性整体弯扭失稳、弹性畸变屈曲失稳以及弹性局部屈曲失稳的屈曲荷载。通过理论分析提出计算腹板开孔卷边槽形截面受弯构件弹性整体弯扭失稳、弹性畸变屈曲失稳以及弹性局部屈曲失稳荷载的简化计算方法,通过与有限元计算结果进行对比,近似简化方法计算结果与有限元分析结果比较接近,表明建议弹性屈曲荷载计算方法具有较高的精度,可用于开孔受弯构件整体稳定承载力以及屈曲稳定系数的计算,能够代替复杂的有限元方法进行开孔构件弹性屈曲荷载的简化计算,易用于工程设计。     

中国国际丝路中心大厦超高层结构整体稳定性分析

中国国际丝路中心大厦建筑高度498m,主体结构高度482.5m,属于超高层建筑。首先分析了现行规范刚重比计算公式的适用条件，然后依据本项目楼层质量、地震作用和风荷载的实际分布情况，对现行规范中的刚重比计算公式进行修正。通过采用修正后的刚重比计算公式对本项目的整体稳定性进行评价，结果表明项目整体稳定性满足要求，但需要考虑结构的重力二阶效应。采用ETABS软件对结构进行整体屈曲分析，结果表明，塔楼具有较好的整体稳定性。线弹性屈曲分析计算得到的刚重比数值与修正后的刚重比公式计算得到的数值较为接近，前者略大于后者，可见采用修正后的刚重比公式对结构进行设计偏安全。     

连续开孔实腹梁整体稳定性计算方法

为研究腹板开孔H型钢梁在纯弯荷载作用下的整体稳定性,采用翼缘和腹板刚度分离的方法,从理论上推导出带有连续正方形孔洞的H型钢梁的抗侧刚度、自由扭转刚度和翘曲刚度计算方法,得到其弯扭屈曲临界弯矩表达式。利用有限元软件ABAQUS对相同截面不同跨度的H型钢实腹梁在纯弯荷载作用下的弯扭屈曲临界弯矩进行分析,并将有限元模拟结果和规范计算结果进行对比。采用经验证的有限元模型对带有连续正方形孔洞的H型钢梁进行分析,并将有限元模拟结果与推导公式的计算结果进行对比。以现有规范为基础,推导出带有连续正方形孔洞的H型钢梁的弯扭屈曲临界弯矩实用计算公式。结果表明:连续开孔梁实用计算公式具有较高的精确度。     

单层网壳静力稳定性研究

以K6型单层球面网壳为研究对象,基于非线性有限元理论,研究考虑结构初始几何缺陷、材料非线性以及几何非线性对该网壳结构静力整体稳定性的影响,论述了两类稳定性问题,线性屈曲分析计算得到临界荷载以及屈曲模态,非线性屈曲分析方法为弧长法,分析得到网壳结构的荷载-位移全过程曲线,具有工程实际意义。