波形扰动静水压力对两侧铰支圆拱平面内稳定性的影响

本文针对余弦波形扰动静水压力作用下两侧铰支圆拱平面内稳定性问题，采用傅立叶级数逼近圆拱屈曲微分方程的解，分别求得了两侧不动铰支圆拱反对称屈曲时、一侧不动铰支另一侧法向滑动铰支圆拱对称屈曲时的临界荷载系数，并给出了其高精度拟合公式，结果表明波形扰动荷载参数会引起临界荷载系数的显著降低，最大降幅可分别达到-33．99％和-49．70％。     

单横隔预应力撑杆柱对称与反对称屈曲的近似公式与参数分析

基于钢结构稳定中轴心受压构件的弹性弯扭屈曲理论,对单横隔预应力撑杆柱在平面内的两种屈曲模态进行了详细的弹性屈曲理论推导和数值分析.首先根据横撑杆的等效平动弹簧刚度和等效转动弹簧刚度对单横隔预应力撑杆柱体系的力学计算模型进行简化,然后根据简化体系的平衡条件和边界条件推导出弹性屈曲方程,并拟合出单横隔预应力撑杆柱在平面内的对称与反对称弹性屈曲的近似公式,最后通过有限元软件ANSYS对单横隔预应力撑杆柱的弹性屈曲性能进行参数分析.研究表明:弹性屈曲方程与有限元模拟结果吻合良好,两者弹性屈曲荷载的最大误差不超过2%;通过1stOpt软件拟合出的单横隔预应力撑杆柱对称及反对称屈曲的近似弹性屈曲公式具有较高的精度,便于预应力撑杆柱在实际工程中的应用;弹性屈曲荷载随着横撑杆长度及直径的增大而增大.     

Out-of-plane elastic buckling of I-section steel arches braced laterally and design of bracing stiffness

采用有限元特征值屈曲数值方法,对平面外支撑工形截面圆弧拱弹性屈曲荷载及其刚度取值进行研究。在考虑各种荷载条件与拱脚条件下,研究了支撑刚度,约束类型、数量以及作用位置对钢拱平面外屈曲性能的影响,对于设置等间距侧向支撑的情况,给出了侧向支撑弹性门槛刚度的拟合式,并提出了支撑点间拱段不发生平面外弹性失稳的条件。研究结果表明：平面外支撑越靠近拱顶,其防止平面外失稳的工作效率越高;设置侧向支撑的钢拱屈曲时,随着支撑刚度的增大其屈曲半波数逐渐增加,而仅在拱顶设置扭转约束时始终呈现1个半波失稳模式;从均匀受压圆弧拱的情况获得的等间距侧向支撑门槛刚度,应用在其他组合荷载作用下,同样可以获得足够的支承刚度;当工形截面钢拱的支撑点间拱段长度满足所提出的要求时,钢拱平面外失稳不先于平面内反对称整体失稳。     

有平面外支撑的工形截面圆弧钢拱弹性稳定性能及支撑刚度设计

采用有限元特征值屈曲数值方法，对平面外支撑工形截面圆弧拱弹性屈曲荷载及其刚度取值进行研究。在考虑各种荷载条件与拱脚条件下，研究了支撑刚度，约束类型、数量以及作用位置对钢拱平面外屈曲性能的影响，对于设置等间距侧向支撑的情况，给出了侧向支撑弹性门槛刚度的拟合式，并提出了支撑点间拱段不发生平面外弹性失稳的条件。研究结果表明：平面外支撑越靠近拱顶，其防止平面外失稳的工作效率越高；设置侧向支撑的钢拱屈曲时，随着支撑刚度的增大其屈曲半波数逐渐增加，而仅在拱顶设置扭转约束时始终呈现1个半波失稳模式；从均匀受压圆弧拱的情况获得的等间距侧向支撑门槛刚度，应用在其他组合荷载作用下，同样可以获得足够的支承刚度；当工形截面钢拱的支撑点间拱段长度满足所提出的要求时，钢拱平面外失稳不先于平面内反对称整体失稳。     

铰接式斜撑平面桁架拱的平面外弹性屈曲性能

对设置连续和不连续斜撑的平面桁架拱的平面外弹性屈曲性能进行研究。首先,研究连续斜撑平面桁架拱,得到一个理论上的平面外弹性屈曲荷载的封闭解。通过有限元法分别研究不连续支撑平面桁架拱的两个重要参数——斜撑阈值刚度和相邻支撑间一段拱的平面外弹性屈曲荷载。此外,有限元结果显示,如果平面桁架拱由在腹杆与弦杆间使用相贯节点制作而成且受上弦杆约束,那么受刚度不足的影响,下弦杆的外平面屈曲可以完全避免平面桁架拱产生外平面屈曲,之后桁架拱会完全受上弦杆所约束。     

水平弹性支撑抛物线拱在均布荷载与热载荷作用下的屈曲特性

分析了水平弹性支撑抛物线拱在均布荷载与热负荷共同作用下的屈曲特性,通过变分原理推导了弹性支撑抛物线拱的非线性平衡方程,得到了外荷载与径向位移和轴力的关系,用数值法分析了弹性支撑抛物线拱在均布荷载与热负荷共同作用下屈曲特性。     

腹板开洞工字形截面拱的平面外弹性屈曲性能分析

用ANSYS有限元软件模拟分析了腹板开洞工字形截面圆弧拱在径向均布荷载作用下的平面外弹性屈曲性能。计算了在不同孔洞半径、孔洞间距、矢跨比、高厚比等参数下的屈曲荷载。得出腹板开洞工字形截面拱的平面外屈曲荷载随着孔洞半径的增大而减小,随着孔洞间距的增大而增大,通过研究孔洞的优化截面和弹性屈曲荷载,从中发现可以通过一种修正的弹性屈曲荷载建立优化准则来评价开洞拱的结构效率,孔洞半径在腹板高度的25%到35%之间时,结构的效率最高。     

支座约束对拱平面外屈曲荷载的影响

通过与文献中试验结果的比较,验证了可以采用ANSYS软件中的Beam189梁单元模拟弹性拱的平面外屈曲,计算了四种约束条件下拱的内力和平面外屈曲荷载.结果表明,拱圆心角较小时支座约束对拱的平面外屈曲荷载影响较大,随着圆心角的增大,四种支座约束条件下拱的屈曲荷载越来越趋于一致,文章从受力的角度给予了解释.     

抛物线拱的反对称和对称的固有振动

本文用内接多边形代替抛物线拱轴,用结点集中质量代替沿拱轴连续分布的质量,以机动链杆的位移代替折线拱的位移,对双铰和三铰抛物线拱的固有振动频率与相应的振动形式进行了讨论。 由于拱的对称性,计算时分别按固有振动的对称和反对称振动形式,运用图解分析法与矩阵理论进行计算,方法十分简便。     

轴向可压缩两铰圆弧拱静水压力屈曲荷载研究

为了求得考虑轴向压缩变形的两铰圆弧拱的平面内临界屈曲荷载精确解,需将拱的轴向刚度作为影响其面内稳定性的重要因素,对两铰圆弧拱在径向静水压力作用下的轴向压缩变形加以考虑。基于经典理论解的求解过程,结合拱的平衡微分方程及边界条件,对承受均布静水压力且考虑轴向压缩变形的圆弧拱进行了分析,求得了该条件下拱的平面内反对称临界屈曲荷载计算式。为了验证该计算式的准确性,采用非线性有限元法对均布静水压力下的圆弧拱进行了分析,并将有限元分析结果与公式解及铁木辛柯解析解进行了对比。结果表明,相同条件下该方法与有限元分析结果及解析解均吻合良好。对不同矢跨比的拱进行了参数化的对比计算,结果表明,文中推导的计算式具有普遍适用性,能满足工程的计算精度需要。     

某厂房钢屋盖系统可靠性鉴定分析

某厂房在施工过程中,钢屋架杆件发生较严重的屈曲变形,为找出杆件变形的原因,特对此钢屋盖系统进行检测鉴定,并提出经济、可靠的加固处理方案。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱屈曲实用计算研究

基于直接强度法,拟合冷弯薄壁卷边槽钢轴压柱局部屈曲、畸变屈曲实用计算公式,取局部屈曲、畸变屈曲与整体屈曲三者的最小值作为轴压柱屈曲计算结果。3种屈曲计算值与有关试验值的对比分析表明,所提出的实用计算公式在适用范围内与试验值吻合较好,且计算公式简单、实用,避免了对专用计算程序的依赖。     

竖向荷载下弹性支承直墙拱反弯点理论分析

在工程实践中,直墙拱应用较多。由于拱脚位移的存在,合理假设拱脚约束为转角约束、竖向约束和水平弹性约束,应用力法推导出了在弯矩、剪力和轴力共同作用下直墙拱沿弧长的弯矩公式。研究了竖向均布荷载、竖向三角形荷载和竖向集中力荷载作用下,直墙拱沿弧长的弯矩分布及反弯点形成的规律;发现在3种荷载作用下,使得拱脚弯矩为零时的圆心角依次减小。取弹簧支座刚度为等效的下端固支、上端允许水平位移的直墙的抗推刚度,得出了随着直墙高度增加,圆弧拱拱顶弯矩增大而拱脚弯矩减小的变化规律。在直墙拱的设计中,建议选取合适的直墙高度和使得圆弧拱拱脚弯矩为零的圆心角大小,从而有利于提高结构抗弯承载力及拱脚抗剪承载力。     

软土地基中圆形顶管弹性阶段应力精确解及其工程应用

本文运用弹性理论方法推导了圆筒在双向对称均布外荷载作用下弹性阶段应力的精确解答,并给出了软土地基中圆形顶管截面上任意点应力、内力的一般表达式.     

关于卷边薄壁H型钢轴压构件稳定性能的研究

采用直接强度法对卷边薄壁H型钢轴压构件的稳定性能进行研究,利用有限条软件CUFSM对其系列试件进行数值分析,根据数值分析的结果,得到不同参数下的影响规律曲线,对工程设计提出一些优化建议,并对局部屈曲下的卷边薄壁H型钢轴压构件的直接强度法公式进行修正。     

基于ANSYS分析CFST拱肋极限承载状态的计算模型对比研究

结合已有的CFST(concrete-filled steel tuber)本构模型,基于ANSYS分析,对已做试验的两个CFST(单圆管)单肋拱空间极限承载力进行了双重非线性有限元分析探讨。对比研究了六种建模方法下模型拱的极限承载状态,较好地得出了模型拱的极限承载力和极限承载位移。评价了各种建模方法的适应性,提出了ANSYS分析下精确模拟CFST拱极限承载力的基本原理、基本方法和建模方法选取的建议。计算结果与试验结果符合较好,验证了计算模型的合理性。研究成果可供计算CFST拱时参考。     

H形梁翼缘与端板非全熔透焊接的节点性能试验研究

对H形梁翼缘与端板分别采用全熔透焊接和非全熔透焊接的节点进行了对比试验。选择板件宽厚比、端板厚度、翼缘板与端板平面的夹角等设计参数,对24个试件进行了单调加载试验,6个试件进行了反复加载试验。试验结果表明:节点无一例发生焊缝破坏,焊缝形式对连接的最大荷载、翼缘近焊缝端应变以及滞回性能等无明显影响;在以局部屈曲为主要控制模式进行设计的轻型门式刚架中,无论对单调静力荷载还是反复荷载,H形梁翼缘与端板的连接都可采用非全熔透焊接。     

等效模量法计算冷弯薄壁开孔槽钢柱屈曲应力

主要研究分析翼缘和腹板上都开孔的冷弯薄壁卷边槽型柱在轴压下的局部屈曲和畸变屈曲性能。根据复合材料理论,将开孔构件中的孔看作夹杂,进而引入等效弹性模量的概念,将开孔构件等效成未开孔构件,提出用等效模量法来计算开孔槽型柱的局部屈曲和畸变屈曲应力,并验证其是有效的。     

深埋非对称连拱隧道围岩压力计算方法研究

非对称连拱隧道具有几何与结构形式不对称、开挖跨度大、施工工序繁多、结构受力复杂等力学特性,在进行支护结构设计中通常需要进行荷载–结构模型验算,而其荷载确定尚无成熟的计算方法。在此背景下,考虑了左右两洞室几何与结构形式不对称条件,基于连拱隧道双塌落拱的基本假定,根据普氏理论推导了深埋情况的围岩压力计算公式。将推导公式取对称条件,则可以退化为常规连拱隧道的计算公式,验证了所推导公式的正确性。最后结合工程实例,验证了所推导公式的合理性。研究方法和结论可以为非对称连拱隧道的设计荷载确定提供重要参考。     

Nonlinear simulation of lattice girder segment tests

Lattice girders often replace conventional steel rib arches as a means of temporary support in tunnels and often have a comparative advantage over the latter mainly due to their lighter weight. Their use is directly related to the application of a shotcrete layer, in which they are encased, forming thus a composite structure that has been proved successful over numerous projects worldwide. However, any loads from the surrounding rock before shotcrete placement or hardening, have to be carried out by the lattice girder itself. Such loads may be concentrated in parts of the girder, due to sliding or falling blocks, detaching strata, reacting ground, etc. Their effects on it, which are nonlinear, necessitate analysis with detailed models; their adequacy should be experimentally validated. Therefore, a series of loading tests is conducted on simply supported arched lattice girder segments, in which the load is induced horizontally at the roller support. These tests are then simulated numerically with various 3D models. The appropriateness of the latter is thus checked by comparing the ultimate loads and deflections, which were found to be limited by buckling.