爆炸荷载作用下焊接工字钢梁的动力响应及破坏模式分析

目的分析焊接工字形钢梁在爆炸荷载作用下破坏模式及影响动力响应的主要因素,为钢梁抗爆设计提供建议．方法采用有限元软件ANSYS／LS—DYNA,基于流固耦合的方法对钢梁的动力响应及破坏进行数值分析．结果在不同的爆炸荷载作用下,钢梁可能发生剪切破坏、弯剪联合破坏和翼缘屈曲破坏3种破坏模式;增高腹板高度可以有效地控制钢梁在爆炸荷载作用下的跨中最大位移,效果次之的是增加翼缘板厚度和腹板厚度,效果最差的是增加翼缘板宽度．结论钢梁的破坏模式与比例距离有关．随着比例距离增大,钢梁的破坏模式由剪切破坏模式转变为翼缘屈曲破坏模式．增大梁截面高度,能有效地提高钢梁的抗爆承载力．     

三角形空翼缘梁的极限承载力试验研究

在澳大利亚学者提出的空翼缘梁（HFB）的基础上,提出一种新型三角形空翼缘梁（THFB）.通过试验测试,对三角形空翼缘梁（THFB）和传统H型钢梁在承受集中荷载作用下的破坏过程进行了对比,发现两种梁的破坏模态存在明显差异,THFB在集中荷载作用下极易发生局部屈曲,传统H型钢梁则易发生整体失稳,且THFB比传统H型钢梁具有较好的抗弯扭性能.利用有限元软件ANSYS对试验试件进行有限元模拟,试验结果和有限元模拟结果吻合较好.基于所建的有限元模型对THFB进行参数分析,参数主要包括上翼缘板厚、上翼缘板宽、腹板厚和钢材屈服强度,得出了THFB梁的承载力随不同参数的变化规律.最后结合理论和有限元分析,验证了Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式计算THFB极限承载力的适用性.研究结果表明：采用Eurocode 3提供的H型钢梁设计公式对THFB的极限承载力进行验算是安全的,但偏于保守.     

爆炸荷载作用下钢框架柱冲击响应与破坏模式的数值模拟

目的运用非线性显示动力学有限元方法分析计算爆炸冲击荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．方法基于有限元分析程序ANSYS／LS—DYNA建立三维有限元模型,分析钢框架柱在3种爆炸荷载作用下可能发生的破坏模式特征及其影响因素．结果壳单元shell163考虑了局部屈曲效应和剪切应变的影响,可以有效模拟在爆炸荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式．在荷载峰值相同的情况下,荷载持续时间越长,结构的变形越大;荷载冲量相同时,爆炸荷载峰值压力越高,结构的破坏程度越严重．结论钢框架柱的破坏模式与爆炸荷载的作用特征有关：在冲量荷载作用下,钢框架柱倾向发生柱脚剪切破坏和柱中翼缘屈曲破坏;在动力荷载作用下,钢框架柱则倾向发生柱脚剪切破坏;在准静态荷载作用下易发生整体弯曲屈曲破坏．     

钢筋混凝土框架结构在爆炸荷载下的动力响应及破坏分析

采用有限元软件SAP2000模拟钢筋混凝土框架在不同峰值的爆炸荷载下的动力响应过程。通过对结构各构件在不同峰值爆炸荷载下的位移对比分析,结果表明在钢筋混凝土框架中受爆炸荷载直接作用的那部分构件位移变形非常大的,是远离爆炸荷载那部分构件位移的几十倍,说明爆炸荷载作用下结构构件的破坏具有一定的局部性。分析结果还表明当爆炸荷载较大时结构构件有可能发生剪切破坏而导致整个结构在短时间内整体破坏。     

上翼缘受侧向支撑的固端钢梁整体稳定分析

采用ANSYS有限元程序对受混凝土板刚性约束的两端固定H型钢梁进行非线性屈曲分析,分别研究了钢梁在高度变化和下翼缘宽度变化两类情况下梁负弯矩段的侧扭屈曲对梁整体稳定的影响,结果表明上翼缘有刚性侧向支撑的两端固定H型钢梁存在部分屈曲后强度,钢梁在屈曲后承载力能继续提高,构件未发生过度变形前可充分利用钢梁的部分塑性,提高其设计承载力;另外下翼缘宽度变化对两端固定梁整体稳定影响较大,梁截面较高同时下翼缘又比较窄时,负弯矩段的侧扭屈曲会使钢梁发生过度变形,对下翼缘无侧向支撑的H型钢梁设计时仍需考虑其整体稳定性.     

受压T肋加劲板翼缘的局部稳定性能

为研究T形肋加劲板翼缘的受压局部稳定性能,考虑翼缘宽厚比的变化,设计制作5个Q345和4个Q420钢材强度的焊接T形肋加劲板试件进行翼缘局部稳定轴压试验,并建立有限元模型进行验证,分析不同材料本构、简化焊接残余应力、局部初始几何缺陷对其受力性能的影响,得到翼缘局部稳定简化计算公式。结果表明：翼缘局部稳定试件与有限元模型均在翼缘1/2高度附近发生局部屈曲破坏,翼缘宽厚比越大,试件出现局部屈曲变形越早。有限元计算模型采用理想弹塑性本构模型模拟,随着翼缘相对宽厚比增大,残余应力的计入降低了构件轴向刚度;所有板件均计入局部初始缺陷时的稳定系数最小。采用三次多项式拟合的翼缘局部稳定简化公式曲线与欧洲规范曲线的趋势较为接近,而采用Perry公式拟合的曲线与中国、美国规范曲线的趋势较为接近。不同钢材强度拟合的公式曲线趋势基本一致,可以推荐采用Perry公式拟合的曲线进行计算。     

装配式预应力槽型板在人防荷载作用下的抗爆性能研究

首次将预应力槽型板应用于人防结构中,为研究装配式预应力槽型板结构体系在设计人防荷载作用下的抗爆性能,对缩尺比为1∶3的槽型板进行了模拟核爆试验,分析大跨预应力槽型板结构在人防爆炸荷载作用下的动力性能、变形性能.再对有限元模型在4级爆炸等级作用下进行模拟分析,并与试验结果对比.研究结果表明:在核5级人防荷载作用下试验构件完好,仅在构件底部受拉区和端部剪切区出现少量裂缝;在核4级作用下,结构未发生脆性断裂,说明合理设计的装配式预应力混凝土槽型板可以用于4级的人防工程;也证明了装配式预应力混凝土槽型板具有良好的位移延性,不会发生脆性破坏,可用于抗爆结构;通过模拟分析,验证有限元模拟的真实性以及分析结果的可靠性.     

钢框架子结构抗连续性倒塌性能数值模拟分析

对栓焊节点的钢框架子结构连续性倒塌过程进行数值模拟分析,考察子结构在抗连续性倒塌工况下的破坏模式和受力机制,验证了该分析模型和分析方法的有效性。基于试验与数值模拟结果中存在的翼缘屈曲和应力集中问题,对文献试件SI-WB-2进行改进,针对改进试件SW与原试件SI-WB-2,在破坏模式、应力、承载力、内力发展过程和抗力机制等方面进行对比分析。结果表明:增大连接区域的钢梁翼缘宽度和施加腹板加劲肋,可使节点域的塑性铰外移,降低翼缘局部屈曲程度,同时节点域刚度增大,抗倒塌能力增强,承载能力提高了8.3%;钢梁下翼缘断裂范围减小,利于悬链线作用的发挥。     

新型轻钢房屋体系楼盖梁试验及有限元分析

对宝钢G550 MPa高强钢材制作的新型轻钢结构房屋体系楼盖梁(桁架梁)进行试验研究及有限元分析.结果表明,桁架梁上弦杆受力易出现局部屈曲,其特点是腹板内凹处翼缘外翘,腹板外凸处翼缘内收,不符合刚周边假定和平截面假定;整体破坏由上弦中间段局部屈曲的过度变形引起,破坏过程迅速,为脆性破坏.分析表明ANSYS能够比较真实地模拟桁架梁的受力过程.     

残余应力对单轴对称工字梁稳定承载力的影响

对单轴对称工字形悬伸梁、连续梁进行整体稳定试验前,通过截面法测量了截面中的残余应力分布.根据测量结果和简化分布模型,编写了能描述残余应力大小和分布的ANSYS初应力文件,在非线性分析中以此来考虑残余应力对构件整体稳定性的影响.通过比较试验和有限元分析结果发现,考虑残余应力所得的计算结果与试验结果吻合良好,不考虑残余应力所得到的极限荷载与试验值差别较大.试验结果表明:当梁截面中的窄翼缘尺寸较小时,翼缘中残余应力以受拉为主,其端部残余压应力较小,焊接残余应力对单轴对称工字形悬伸梁和连续梁的整体稳定承载力影响很大,主要是提高作用,有限元计算时应该考虑残余应力.对比分析结果表明,文中所用的残余应力分布模型能够模拟试验梁的真实情况.     

悬臂梁段不同拼接方式下延性节点静力性能分析

为了解决装配式钢结构的抗震问题,提出3种适用于模块化装配式钢框架的带Z字形悬臂梁段拼接的梁柱节点,通过拼接区的滑移或者削弱梁段的塑性变形实现节点良好的延性性能.为减少强震作用对梁柱连接焊缝的破坏,对3种不同的节点提出了各自的抗震设计要求.在对3组试件进行足尺静力试验的基础上,对节点进行了单调加载有限元分析.获得了节点的弯矩-转角曲线以及节点的破坏模式,并和试验结果进行了对比,得到了接触面摩擦力和螺栓拉力的变化规律.通过推导的简化计算公式对节点的初始转动刚度、滑移荷载和屈服荷载进行了计算.结果表明:节点静力加载的破坏模式为靠近拼接区域的悬臂梁下翼缘或者削弱梁段单独或者同时发生较大的局部屈曲变形,节点在破坏前经历了充分的塑性变形,属于延性破坏,3种试件都有良好的延性性能和塑性转动能力.节点简化计算公式得到的结果和试验结果吻合良好.     

集中荷载作用下弹性支撑矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能研究

为研究弹性支撑刚度对矩形钢管混凝土翼缘工字形梁稳定性能的影响,开展了集中荷载作用下3根带有不同弹性支撑刚度的矩形钢管混凝土翼缘工字形梁的稳定性能试验,研究试验梁的位移及应变的变化规律,获得梁的失稳形式和稳定承载力。试验结果表明,整个加载破坏过程分为三个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段,3根试验梁均发生整体弯扭屈曲失稳。随着弹性支撑刚度增加,梁稳定承载力增大,验证了设置弹性支撑可有效地提高该梁的稳定承载力。在试验基础上,利用ANSYS有限元软件对该梁进行非线性屈曲分析,将获得的稳定承载力与试验结果进行对比,误差均小于5%,从而验证有限元分析方法的正确性。最后,研究了混凝土强度、上翼缘含钢率和腹板高厚比等参数对该类梁稳定性能的影响规律。研究表明,增大上翼缘钢管含钢率和减小腹板高厚比均可明显提高该类梁的稳定承载力,而增强混凝土强度对梁的稳定承载力提高较小。     

A cyclic loading model for beam-to-column web connection

A finite element analysis of the beam-to-column web connection with H-shaped columns was per- formed using the ANSYS computer program. Based on the finite element analysis and theoretical analysis, a simplified model was developed to describe the cyclic loading behavior of beam-to-columns web connection in steel moment resisting frames, considering both bending and shear deformation modes of the beam flange plate. Several issues appearing to merit further researches were identified in the process of developing this model, such as the effect of beam flange plate on beam-to-column web connection stiffness and strength. A reasonable agreement was achieved between model predictions and finite element data, which verified the feasibility of the proposed model.     

钢结构箱形柱与工字梁刚性节点有限元分析

通过利用ANSYS对钢结构箱形柱与工字梁刚性节点进行有限元分析,研究钢框架结构在水平荷载的作用下,箱形柱与工字梁节点域的受力性能和隔板对节点刚度和强度的影响.根据对节点的有限元和理论分析,归纳出考虑隔板刚度和强度的节点变形公式,并且分析了梁截面宽度对隔板破坏模式的影响.研究结果表明:当梁翼缘较窄时,隔板的受拉区或受压区首先屈服;当梁翼缘较宽时,隔板首先受剪屈服.     

翼缘纵向变厚度工型截面梁变形性能试验

为研究翼缘纵向变厚度工型截面简支梁的变形性能,对2根翼缘纵向变厚度工型截面梁与2根等厚度梁进行静力加载对比试验,同时采用有限元软件ANSYS进行数值模拟.变厚度梁翼缘材料为Q345GJC等级纵向变厚度钢板,加载方式包括单点加载和两点加载.试验结果表明:试件均发生明显的板件局部屈曲;采用翼缘纵向变厚度工型截面简支梁,不仅可以在保证承载力的情况下大大减少用钢量,而且可以获得更大的强度储备;也可以达到密实截面的变形要求,满足塑性设计要求.有限元结果与试验结果吻合良好.该试验结果可为翼缘纵向变厚度工型截面钢梁的塑性变形设计提供依据.     

K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能分析

K型偏心支撑钢框架是偏心支撑结构中常用的一种抗震耗能结构形式,偏心支撑结构弹性阶段刚度大,塑性阶段耗能能力强是适用于高烈度震区的一种有效的抗侧力结构体系.根据偏心支撑结构在地震荷载作用下耗能梁段进入塑性的破坏特点,提出了耗能梁段采用曲壳单元和其余构件采用梁单元的非线性有限元模型来分析K型偏心支撑钢框架在循环荷载作用下的滞回性能和破坏机理,并自编了计算程序.通过有限元模拟计算分析,得到了K型偏心支撑钢框架抗震设计中合理的支撑截面大小、耗能梁段长度、高跨比、加劲肋间距、加劲肋厚度、腹板厚度等设计参数的确定方法.     

钢-混凝土组合扁梁楼盖承载性能有限元分析

钢-混凝土组合扁梁楼盖的采用可以降低结构层高,改善钢结构的防火性能,形成无柱大空间与"无梁楼盖"的建筑效果;组合扁梁楼盖具有良好的力学性能,在多高层结构中,既能做框架梁受力,又能承载楼面的作用荷载;同时深肋压型钢板的采用可以降低楼板自重同时可作为永久模板使用,大大提高施工速度,带来很好的经济效益,在多高层钢结构建筑中有广阔的应用前景。论文采用有限元软件ANSYS建立钢-混凝土组合扁梁整体楼盖三维实体模型。对组合扁梁楼盖在竖向荷载作用下的承载性能、变形特点以及楼板自振频率进行了分析,同时对组合扁梁的有效宽度及肋部混凝土的影响进行了计算分析。分析结果表明:钢-混凝土组合扁梁楼盖具有良好的承载性能并能较好地满足正常使用的要求;肋部混凝土及配筋对楼盖的承载力有较大的影响;楼盖主梁的有效宽度分析应建立在整体模型和试验的基础之上。