薄柔H形截面双向压弯钢构件极限承载力研究

为探究薄柔H形截面双向压弯构件的极限状态性能,采用ABAQUS建立了不同轴压比、腹板和翼缘宽厚比的H形截面构件在不同加载角度下的参数分析模型,分析中考虑了材料非线性、几何非线性及残余应力的影响,并基于已有试验数据验证了该模型的适用性。基于经典弹塑性稳定理论,提出了用于确定双向压弯构件极限状态的判定准则,对于塑性铰截面定义为截面出现塑性铰时达到其极限状态;对于由局部屈曲控制的薄柔截面其极限状态为屈曲起始时刻,且该准则能够准确识别出板件局部屈曲的发生。通过最小二乘法拟合得到双轴弯矩极限相关曲线,呈现出腹板和翼缘宽厚比及轴压力的复杂相关影响关系。提出了考虑材料的强化作用和板件相关作用的极限相关计算公式,能够良好地预测H形截面双向压弯构件的极限承载力,且不受截面分类的限制,具有良好的适用性。     

考虑板件相关作用的H形截面分类准则

截面分类是当代钢结构设计规范的重要基础之一,对国内外现行钢结构规范关于H形压弯钢构件截面分类的相关规定进行了综述,对比发现大多数规范都遵循单一板件规则。基于经试验校准的非线性有限元模型,进行了不同翼缘宽厚比、腹板宽厚比及轴压比组配下的H形截面钢构件绕强轴压弯的参数分析,得出不同的宽厚比及轴压比可导致不同的板件破坏模态和极限承载力,进一步证实了板件相关作用对截面分类的影响。提出了基于极限承载力的H形截面钢构件绕强轴压弯下S2、S3、S4和S5级截面分类方法。经与各规范及试验结果的比较,该文截面分类方法更贴近截面的真实承载情况,更加证实了考虑板件相关作用的必要性。     

残余应力对碳纤维增强压弯H型钢弹塑性稳定性的影响研究

建立轴压和弯矩共同作用下碳纤维增强H形截面构件绕强轴失稳时极限荷载的计算公式。通过弹塑性有限元法并结合非线性屈曲理论,进行了压弯荷载共同作用时碳纤维增强钢构件和考虑残余应力影响下钢构件的屈曲分析。当给定弯矩仅在某一范围内时,考虑残余应力的CFRP增强钢构件的极限承载力相比CFRP增强完善条件下的钢构件极限承载力相比要低很多。当给定弯矩超出此范围时,前者要略高于后者。受残余应力影响的碳纤维增强压弯构件极限承载力始终比未增强完善钢构件的限承载力高,表明构件可以通过碳纤维增强来弥补残余应力所导致的构件承载力损失,充分体现了碳纤维良好的增强效果。     

中间加劲复杂卷边槽钢轴心受压构件承载力试验研究

分别对复杂卷边槽钢、腹板中间V形加劲复杂卷边槽钢、腹板及翼缘中间V形加劲复杂卷边槽钢等四种截面形式,共计16根轴压简支柱进行了承载力试验。研究了此类复杂截面轴压构件的极限承载力及变形等特性。试验结果表明:中间加劲肋的存在有效地减小了板件宽厚比,大幅度提高了轴压构件的极限承载力。与相同条件下的复杂卷边槽钢相比,采用板件中间V形加劲的轴压构件承载效率可提高10%?30%左右。对试验进行了有限元模拟,计算结果与试验结果吻合良好,验证了分析方法的正确性。在此基础上,利用有限元分析对比了普通卷边槽钢与复杂卷边槽钢轴压构件的极限承载力,结果表明复杂卷边槽钢构件的承载效率高于普通卷边槽钢。     

考虑局部屈曲的H形截面钢构件单轴压弯恢复力模型研究

考虑局部屈曲影响的恢复力模型是对薄柔框架结构进行抗震分析的基础.为得到H形截面钢构件绕不同主轴压弯的截面层次的弯矩-曲率恢复力模型,对薄柔H形截面钢构件单轴压弯的滞回性能进行了有限元参数分析.基于试验及参数分析结果,建立了考虑板件局部屈曲相关作用引起的各项退化的恢复力模型,该模型按照退化阶段加载刚度是否有滞升现象分成两...     

碳纤维增强H型压弯钢柱弹塑性失稳分析

基于计算压弯构件弹塑性失稳的Je?ek法,推导了在轴压和弯矩共同作用下翼缘外表面粘贴碳纤维片后H形截面柱绕强轴失稳时极限荷载的计算公式。通过与有限元结果比较,表明了该解析解的正确性,这对构件弹塑性屈曲的基础理论研究十分有益。计算结果表明:构件所受弯矩越大,横截面进入塑性的区域就越大,这时碳纤维的增强效果就越明显,可见,表面粘贴碳纤维能够有效提高构件弹塑性极限承载能力。     

Q345GJ钢(中)厚板H形及箱形柱残余应力与轴压稳定承载力分析

采用条形切割法对三种截面规格的Q345GJ钢焊接H形和箱形截面残余应力进行测试,通过MATLAB拟合得到其简化的多折线分布模式,并与规范所取残余应力分布模式对比。对9根焊接H形和3根焊接箱形（中）厚板足尺构件进行轴压试验,获得构件整体稳定承载力。引入实测残余应力,通过ABAQUS进行Q345GJ钢轴压柱有限元分析,并与试验结果、规范计算结果进行对比,同时开展参数化分析获得轴压构件稳定曲线。试验及分析结果表明:Q345GJ钢H形和箱形截面采用多折线简化分布模式更符合残余应力实测结果;Q345GJ钢（中）厚板H形截面翼缘采用不分层或考虑分层的残余应力简化模式,对于构件绕弱轴稳定承载力影响不大;Q345GJ钢H形截面实测残余应力分布模式在翼缘自由端处与规范有较大区别,构件在正则化长细比为0.4~1.1区段的稳定承载力有下降趋势。     

部分填充钢-混凝土组合柱整体稳定分析

研究采用厚实截面工字钢的部分填充钢-混凝土组合(PEC)柱构件在轴压和压弯作用下的整体稳定性能。利用ABAQUS有限元软件建立PEC柱模型,并对比文献中的实验数据以校核其正确性。应用该模型进行参数分析,考察纵向钢筋、翼缘系杆、截面高宽比等因素对PEC柱稳定极限承载力的影响。根据有限元计算结果选定了原用于纯钢构件的轴压稳定系数,并提出针对轴压和压弯PEC柱的整体稳定设计用公式。     

除尘器壳体双肢组合截面立柱轴压稳定性研究

除尘器壳体围护结构中的立柱因需要支承顶部较宽截面的箱形梁以及承担较大的轴力而设计成双肢H型钢组合截面。利用非线性有限元方法,研究此双肢组合截面柱在考虑初始缺陷情况下承受轴向压力时的稳定性。研究表明,立柱轧制、墙板与立柱焊接产生的残余应力会小幅降低立柱稳定承载力。立柱的失稳形式为柱顶跨段内前翼缘与前腹板组成T形截面整体弯扭失稳与腹板局部失稳同时发生的相关失稳。墙板与两肢间连接墙板作为蒙皮板,为立柱承担部分荷载并约束其侧向变形。连接墙板越靠近前翼缘,立柱的稳定性越好。连接墙板宽度、墙板宽度、墙板角钢加劲肋刚度和节点连接板厚度等因素对立柱稳定性影响较小。仅邻近立柱的墙板和连接墙板增厚可对立柱稳定性有增强作用,远离立柱的墙板壁厚影响较小。立柱稳定系数与H型钢柱翼缘宽厚比的关系不是单调的;立柱绕弱轴弯曲长细比、腹板高厚比的增大会降低立柱稳定性。基于大量非线性有限元计算结果,提出了除尘器壳体中双肢组合截面轴心受压柱稳定承载力的计算建议。     

大宽厚比H形截面轴压构件极限承载力直接强度法研究

利用ANSYS有限元程序对大宽厚比H形截面轴压构件的极限承载力进行了非线性有限元分析。分析中考虑了材料非线性和初始几何缺陷的影响,通过变化构件尺寸、材料屈服强度等参数,对共计44个构件进行了分析。应用新兴的直接强度法和传统的有效截面法对构件的极限承载力进行了计算。结果显示:有限元计算结果与直接强度法计算结果及有效截面法计算结果比值的平均值分别为1.039和1.098。与直接强度法相比,有效截面法计算过程较繁琐,且结果略显保守。直接强度法起源于单轴对称截面冷弯薄壁型钢结构构件的承载力计算,分析表明用其对大宽厚比H形截面柱的极限承载力进行计算是可行的。     

一类非均布荷载作用下双层厚壁圆筒光滑接触时的应力解析解

采用复变函数方法,给出了双层厚壁圆筒外壁受有一类两向不等压非均布径向压力,内壁受有均布压力作用时平面问题的应力求解方法。在两层圆筒光滑接触的假定下,获得双层厚壁圆筒的应力解析解。通过算例分析了不同弹性模量组合时圆筒内不同截面的切向应力与径向应力分布规律,研究结果表明:当内壁均布压力较小时,两层圆筒的内壁处切向应力沿环向均呈余弦分布,且都在内壁的最小地应力方向承受最大压应力,在最大地应力方向承受最大拉应力;径向应力沿径向在圆筒0#x000b0;、45#x000b0;、90#x000b0;截面处分别呈近似#x0201c;M#x0201d;状、#x0201c;菱形#x0201d;、#x0201c;W#x0201d;状分布;随着内外层弹性模量比值的增大,内层圆筒内壁附近切向应力增大,径向应力在最小地应力方向增大,在最大地应力方向减小,而在外层筒分布规律相反。采用内软外硬的弹性模量组合,能有效的减小圆筒内层内壁处的应力集中程度。     

基于抗剪抵抗机构的无开洞RC剪力墙的极限承载力分析模型的探讨

以探讨基于抗剪抵抗机构和破坏模式的带边框柱或暗柱的普通配筋形式的钢筋混凝土(RC)剪力墙极限承载力的分析模型为目的,鉴于RC剪力墙受力特性、破坏过程及破坏模式,以混凝土斜压杆为主的抗剪抵抗机构可简化成:倾角为θ的混凝土斜压杆、纵向及横向分布钢筋三部分组成。基于抗剪抵抗机构、力的平衡条件以及RC剪力墙的极限承载力的计算公式,编制了计算程序,对14片不同配筋、不同几何尺寸和受力状态的RC剪力墙进行了极限承载力分析,理论计算结果和试验结果吻合较好,可以得出该分析模型能够较好的反映无开洞RC剪力墙的极限承载力特性,可应用于不同受力状态下RC剪力墙的极限承载力验算。     

Collapse load of composite laminates: Lower bound evaluation by stress field analytical approximation

The paper proposes a limit analysis approach to define the ultimate load capacity of orthotropic composite laminates under biaxial loading and plane stress conditions. A lower bound to the collapse load multiplier is computed by solving a maximization nonlinear problem, according to the static theorem of limit analysis. To set up the optimization problem a stress field distribution is hypothesized at lamina level, moreover inter-lamina stresses are also considered. The effectiveness and validity of the proposed approach is shown by comparing the obtained numerical predictions both with available experimental data and with other numerical results carried out by means of a different numerical lower bound approach.     

地下工程围岩压力计算的反算法

本文通过有限元与优化理论的结合,提出了一种新的简单的地下工程围岩压力计算的反算法。它以实测位移(或应力)为理论根据,利用优化方法将计算应力(或位移)向实测应力(或位移)逼近,从而反推算出作用在巷道支护上的围岩压力分布。应用了SAP5分析程序和Hooke—jeeves优化方法,对计算地下工程围岩压力分布进行了新的探讨,它将在地下工程设计及地压研究等方面起着重要的参考作用。     

单向纤维增强复合材料强度的统计分析

在本文中,我们提出了一个用于研究单向纤维增强复合材料中纤维载荷集中的剪滞分析模型。用此模型推导出了包含r根断纤维的裂纹的尖端纤维的载荷集中因子的解析表达式,并由此计算了裂纹尖端纤维的最大载荷集中因子,其计算结果与Hedgepeth[2]的结果非常一致。其次,我们提出了平均载荷集中因子的概念,并通过载荷集中因子的大小定义了裂纹尖端纤维的影响长度。它的物理意义明确,而且,在裂纹的扩展过程中是逐渐增大的,这与实际情况相符。在前面分析的基础上,应用裂纹临界核模型[2,3],我们对单向纤维增强复合材料的强度问题进行了统计分析,其计算结果与实验值是一致的,其中使用平均载荷集中因子计算所得到的强度值与实验值更接近。数值结果说明了裂纹临界核模型的正确性以及用平均载荷集中因子和影响长度进行裂纹扩展分析的可行性。     

多环环间混杂复合材料飞轮离心应力分析

采用平面应力假设,给出了计算多环环间混杂复合材料飞轮的离心应力和初始极限转速的方法,并采用二维轴对称的有限元分析验证了计算方法的合理性,可作为初步设计多环环间混杂复合材料飞轮的依据。本文的算例分析还表明,无论单一纤维或混杂的复合材料飞轮,空心结构的初始极限转速和储能密度均高于相应的实心结构的结果;且对于空心结构,有利于通过选择合适的混杂方案,实现一定意义上的"等强度"设计。      

碳纤维布约束轴心受压混凝土方形柱承载力计算研究

通过12根加固钢筋混凝土方柱的轴心受压试验和有限元分析的结果,确定了碳纤维布约束混凝土方柱在轴心受压作用下的计算模型,并提出两种碳纤维布约束混凝土方柱的承载力计算方法,两种方法的计算结果与试验结果吻合的较好,研究结果可供工程应用参考。     

A framework for stress computation in single-walled carbon nanotubes under uniaxial tension

A procedure is proposed for computing the stresses in an armchair single-walled carbon nanotube (SWCNT) under uniaxial tension. Computation is based on molecular dynamics simulations and the virial stress theorem. The proposed approach is compared with other methods used in the literature for calculating the stresses in CNTs. The loading is applied under two different boundary conditions and different strain rates and the results are compared. It is shown that the method commonly used in the literature for calculating the stresses in CNTs under estimates the ultimate strength by around 35%. It is shown that the value of the displacement increment used to apply the tensile strain is crucial. A convergence study is done to eliminate the computational error due to large displacement increments.     

卷边槽钢偏心受压构件极限承载力的直接强度计算方法研究

直接强度法是确定薄壁构件承载力非常有效的一种新方法。利用ANSYS分析确定了卷边槽钢截面的有效形心偏移量,并建立了有效形心偏移的计算公式。在此基础上,提出了对称轴平面内偏心受压状态下,卷边槽钢简支构件在弯矩作用平面内的稳定承载力直接强度计算方法。方法中考虑了局部与整体以及畸变与整体的相关屈曲,并考虑了截面有效形心的偏移。与试验及有限元分析结果的对比表明,用该方法确定卷边槽钢截面有效形心的偏移及偏压构件的极限承载力是可行的。     

考虑材料的拉压模量不同及应变软化特性的柱形孔扩张问题

建立了拉压模量不同及应变软化特性材料的柱形孔扩张理论。对于岩土类材料,提出用a及b分别作为拉压模量不同和软化特征的控制参数,运用不同模量弹性理论及应力跌落软化模型推导了Tresca和Mohr-Coulomb材料柱形圆孔扩张问题的应力及位移解。分析了不同模量及软化特性材料对柱形孔扩张的影响,结果表明:圆孔极限扩张压力,塑性区的发展规律,应力场,位移场等均随着模量参数a和软化系数b的变化而变化,因此若采用经典的弹性理论及传统的不考虑应变软化来对岩土类的工程材料进行设计计算,必会带来较大的误差。