一字形内芯全钢防屈曲支撑设计方法

针对一字形内芯全钢防屈曲支撑的失效模式,建立其设计方法。对一字形内芯全钢防屈曲支撑的整体失稳破坏进行研究,根据支撑的构造特点及外套管最大弯矩,得到保证其整体稳定性的设计表达式;对一字形内芯全钢防屈曲支撑的局部失稳破坏进行研究,在分析内芯与外套管挤压作用的基础上,得到保证支撑局部稳定性的内芯宽厚比上限值表达式。结果表明:此上限值随外套管与内芯的间隙与内芯宽度之比的增大而减小,一般内芯宽厚比小于8可保证内芯的局部稳定性。     

一种四角钢组合约束型防屈曲支撑的外围约束比取值研究

与传统的外围整体式防屈曲支撑相比,装配式组合防屈曲支撑由于具有独特的构造特点,故其设计理论更具复杂性。该文针对一种四角钢组合约束型防屈曲支撑,基于对其内核构件与外围约束构件之间相互作用机制的深入认识,提出了其稳定性设计方法。首先,针对这种四角钢组合约束型防屈曲支撑,基于连续连杆法提出了一种外围约束刚度的简化计算方法。然后,在构件发生单向变形的假定条件下,通过对外围约束构件受力状态的分析,推导出其约束比设计计算公式。在此基础上,再考虑构件发生双向变形的情况,考虑次弯曲方向变形对外围约束构件受力所带来的影响,进一步补充完善了约束比设计计算理论。通过该文提出的约束比限值进行此类装配式组合防屈曲支撑的设计,可保证外围约束构件的整体稳定性与局部稳定性均能满足要求。     

基于套管屈曲约束的拉挤型GFRP管轴压性能

为解决复合材料空间桁架结构部分关键压杆失稳引发的连续性倒塌问题,提出了一种由不锈钢套管及螺栓连接系组成的玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管整体失稳套管屈曲约束装置。为分析该套管屈曲约束装置对拉挤型GFRP管轴压性能的影响,对3个GFRP管试件和4个套管屈曲约束GFRP管试件进行了轴压试验,观察了试件的受力过程和破坏形态,获得了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,对比研究了两者的极限承载力和破坏模式,同时利用有限元模型分析了不同内核长细比、内核与套管间隙及套管壁厚对GFRP管轴压性能的影响。结果表明:该套管屈曲约束装置能有效约束GFRP管整体失稳变形,其极限承载力和延性均得到提升,并使GFRP管从失稳破坏向材料强度破坏发展;内核长细比越大,套管屈曲约束GFRP管极限承载力相比于内核失稳临界荷载的相对提升幅值越高,约束效果越好;内核与套管间隙越大,GFRP管延性越好,但其极限承载力会降低;套管壁厚过薄会降低GFRP管极限承载力,过厚则约束效果不明显。      

双矩管装配式防屈曲支撑设计理论研究

装配式防屈曲支撑的外围约束构件主要通过高强螺栓连接。由于连系螺栓布置呈一定离散性,因此需要对各外围约束构件形成的整体约束刚度进行一定程度的折减;此外,螺栓的离散布置使得螺栓间外围分肢构件的局部受力影响更为突出,此二者均应在装配式防屈曲支撑设计方法中予以考虑。为此,该文首先对传统铰接防屈曲支撑设计理论进行介绍,而后对双矩管装配式防屈曲支撑约束刚度折减系数的求解思路及方法进行论述,最后结合装配式防屈曲支撑所特有的受力特点,考虑多波变形时挤压力的局部影响,提出了一整套适用于双矩管装配式防屈曲支撑的设计方法,并采用数值分析验证了2个支撑设计算例的可靠性。在理论推导中考虑了内外核之间的间隙、铰接接头长度、内核外伸段长度、外围构件长度、强度、刚度及初始缺陷、螺栓尺寸及布置等诸多设计参数的影响。     

防屈曲支撑的型式、设计理论与应用研究进展

该文综述了防屈曲支撑构件自发明以来40年的发展历程,可以看出防屈曲支撑逐步向轻型化、高承载和复杂功能方向的发展趋势。特别介绍了新近发展的全钢装配式、梭形、内核分离式、多肢格构式及桁架（索桁架与刚性桁架）约束型防屈曲支撑的型式和组成、受力机理和破坏模式、弹性屈曲荷载、单调轴压下的承载力、反复拉压荷载作用下的滞回和低周疲劳性能、试验研究成果等,重点关注防屈曲支撑的外围约束刚度、约束比门槛值、外围连接强度以及端部构造等设计理论的研究成果。综述了国内外相关规范对防屈曲支撑设计的相关规定,介绍并讨论了基于约束比和基于正则化长细比的两种设计方法。     

分离式防屈曲支撑及其弹性屈曲荷载的Ritz解

针对传统防屈曲支撑自重较大、加工运输安装不便等问题,该文提出几种新型的分离式防屈曲支撑构件,其由两个传统的单内核防屈曲支撑构件作为分肢,通过连续的钢腹板连成整体。分离式截面可增大防屈曲支撑的整体抗弯刚度,最大效率地提高支撑的承载效率,因此特别适合大吨位防屈曲支撑构件的设计。在此基础上,利用能量法中的Ritz法推导了两端铰接的分离式防屈曲支撑的弹性屈曲荷载计算公式,可直接用于计算防屈曲支撑设计中的重要参数即约束比,并用有限元弹性屈曲分析进行了验证。该文研究为这几种新型防屈曲支撑的弹塑性性能和设计方法等后续研究提供了基础。     

梭形空间桁架约束型防屈曲支撑的性能研究

防屈曲支撑的外围约束体系的革新研究始终是其核心内容。该文提出了梭形空间桁架约束型防屈曲支撑(STC-BRB)的概念,并以BRB工程应用中的四榀桁架约束体系为例,研究了STC-BRB的静力承载力和抗震设计方法。STC-BRB采用与其弯矩分布图相似的梭形桁架作为外围约束体系,具有提高材料利用率及外形美观等特点,适用于高层建筑和空间结构设置外露BRB的工程应用。该文建立了STC-BRB梁单元模型,采用ANSYS有限元软件对其弹性屈曲性能、弹塑性承载力和滞回性能展开研究,分别给出了基于承载力型和耗能型BRB约束比门槛值的设计方法。研究STC-BRB弹性屈曲性能,基于弹性屈曲荷载的理论和数值计算结果,提出了弹性屈曲荷载的计算公式,给出了BRB约束比的表达式。基于变化约束比的STC-BRB算例的计算结果,分别对其单调轴压弹塑性承载性能和拉压循环荷载作用下的弹塑性滞回耗能性能进行分析,研究了STC-BRB的失稳模式、极限承载力以及滞回耗能能力,获得了STC-BRB承载型和耗能型的约束比门槛值,建立了承载力和抗震设计的基本计算理论和设计方法。     

T型内芯防屈曲支撑的拟静力滞回性能试验研究

提出了一种内芯与约束构件均为型钢的全钢装配式防屈曲支撑,该支撑具有全装配、内芯可更换、工艺简单、造价低廉和可用于既有构件加固等优点。钢内芯由2个角钢与加劲板组成T型截面,外约束构件由角钢和盖板通过螺栓连接形成。对6个该支撑试件进行拟静力试验,讨论其滞回性能、抗震性能及破坏机理,并分析内芯上设置填板、内芯与约束构件的间隙、内芯双角钢之间的间距以及限位方式对滞回性能的影响。结果表明,该支撑的实际性能与设计性能基本一致,具有稳定的滞回性能;在支撑中间设置填板对支撑的滞回性能基本没有影响;内芯与约束构件的间隙及内芯双角钢之间的间距过大会降低支撑的滞回性能;采用中部限位方式的支撑滞回性能优于端部限位方式。对试件的抗震性能分析表明,该支撑具有较好的延性和累积塑性变形能力,可作为阻尼器应用于结构中。通过分析破坏模式发现,加劲板末端的焊缝应力集中会造成支撑的断裂位置由屈服段转移至止焊处;设置中部限位卡可以减小摩擦力的不利影响。     

双矩管装配式防屈曲支撑螺栓设计理论研究

装配式防屈曲支撑的外围约束构件主要通过高强螺栓连接形成整体,螺栓的布置及直径选取直接关系到外围构件是否能有效约束内核构件的侧向变形。为此,该文在双矩管装配式防屈曲支撑外围约束构件刚度取值及其设计方法较完善的前提下,通过考虑外围约束构件的螺栓布置间距、内核多波变形波长以及因外围约束构件板件局部变形引起的撬力影响来确定跨中螺栓内力;此外,还提出了端部螺栓的内力计算公式及端部螺栓加强方案,完善了双矩管装配式防屈曲支撑螺栓设计理论。     

基于势能原理的双轴对称工字梁弹性侧向屈曲研究

该文利用能量方法对考虑腹板畸变的工字梁侧向畸变屈曲、约束畸变屈曲问题进行了初步研究。由于现有的侧向畸变屈曲势能表达式均不能考虑横向分布荷载作用情况,该文首先推导了双轴对称工字梁侧向屈曲总势能一般表达式。该表达式在不考虑腹板畸变时,与经典侧扭屈曲势能表达式等价;在考虑腹板畸变时,可适用于端弯矩、横向集中力及横向分布荷载作用情况。根据所提出的势能表达式并通过合理简化,推导出多跨连续组合梁负弯矩区约束畸变屈曲计算表达式,相应的简化条件及公式均与有限元分析结果进行了比较,验证了合理性。研究成果具有理论和实际意义,为后续侧向畸变屈曲实用设计方法研究提供基础。     

Numerical investigation of the response of sandwich-type panels using thin-walled tubes subject to blast loads

The response of a novel lightweight panel design under blast loading is numerically investigated. The sandwich-type panel uses thin-walled square tubes as the core material with mild steel outer plates. A parametric study is carried out with ABAQUS/Explicit to examine the effects and interaction between design variables in three different tube layouts. Tube position, thickness and aspect ratio as well as top plate thickness are varied. Buckling stability and absorption performance are shown to be highly sensitive to tube placement due to interaction effects between the top plate and tubes. For each panel an optimal tube positioning is obtained corresponding to nearly perfect axial progressive symmetric tube buckling. Tube thickness is shown to influence the onset of buckling and hence affects the stability of the core, while energy absorption performance is also highly configurable. Tube aspect ratio shows only a small effect on core buckling stability and energy absorption. Top plate thickness influences absorber performance significantly while having a small effect on buckling stability. A simple theoretical analysis is presented and shows reasonable agreement with the numerical simulations.     

玻璃纤维增强树脂复合材料管-钢筋/混凝土空心构件抗弯性能

为研究玻璃纤维增强树脂复合材料(GFRP)管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯性能,编制了受弯构件的非线性分析程序,系统地分析了空心率、配筋率、GFRP管管壁厚度及混凝土强度等级等主要参数对其抗弯性能的影响,并通过试验对所编制的程序进行验证,最后建立适用于GFRP管-钢筋/混凝土空心构件的抗弯承载力计算公式。结果表明:利用编制的受弯构件非线性分析程序与建立的抗弯承载力公式,计算结果与试验结果均吻合较好,抗弯承载力随空心率的减小、配筋率的提高、GFRP管管壁厚度的增加及混凝土强度的增大而增加,空心率对构件抗弯承载力影响最大,其次是配筋率和GFRP管管壁厚度,最后是混凝土强度等级,空心部分半径比在0.25~0.5为宜,可以适当提高配筋率、GFRP管管壁厚度或混凝土强度等级来弥补该空心构件抗弯承载力,研究结论可为该结构在实际应用中提供参考依据。      

轴心受压薄壁圆钢管混凝土柱临界径厚比的确定

通过对薄壁圆钢管与内部混凝土的相互作用分析,可以得出薄壁圆钢管与混凝土的应力-应变关系及二者间的作用力。在此基础上,把薄壁钢管纵向单元作为支承在弹性地基上的压杆,推导出钢管出现局部屈曲的临界应力和临界径厚比。由于内部混凝土的存在,大大提高了薄壁钢管的临界屈曲应力和径厚比。对Q235钢材、C30混凝土短柱构件的计算结果表明,钢管的最小临界径厚比为1700左右。     

圆钢管混凝土压弯长柱非线性屈曲承载力的理论研究

基于三维线弹性大变形理论,构造了三维非线性虚拟层合单元法,利用此法对钢管混凝土压弯长柱的非线性屈曲承载力进行了研究,有限元分析结果与试验结果符合良好。最后,以典型截面形式为例,研究了长细比、偏心率等参数对钢管混凝土长柱承载力的影响,研究结果可供工程设计和施工参考。     

基于弹性扭转约束边界的波形钢板整体剪切屈曲分析

波形钢板的整体剪切屈曲对波形钢腹板PC组合箱梁桥的竖向抗剪设计有重要意义。该文在正交各向异性薄板理论的基础上,利用势能驻值原理和瑞利-里兹法,推导了基于弹性扭转约束边界的波形钢板弹性整体剪切屈曲荷载的分析方法,并给出了几种特殊边界条件下的简化计算公式。计算结果表明:对于四边简支板和四边嵌固板,该方法与现有公式计算结果一致;波形钢板强抗弯刚度方向上的约束条件是影响其整体剪切屈曲的决定性因素,随着该方向上约束的增强,屈曲模式将从四边简支情况向四边嵌固情况过渡;弱抗弯刚度方向上约束条件的影响很小,可以忽略。最后给出了将波形钢板在实际梁结构中受到的边界约束等效为弹性扭转弹簧的方法。     

铰接钢管混凝土圆弧拱平面内徐变稳定

钢管混凝土拱肋核心混凝土徐变不仅可以导致钢管与混凝土之间的内力重分布,还将增加拱肋的屈曲前变形,降低拱肋的稳定承载力.经典稳定理论假设拱的屈曲前变形呈线性且该变形较小,因此忽略了屈曲前变形对拱肋弹性稳定承载力的影响.该假设仅适用于矢跨比较大的深拱,由于浅拱的屈曲前变形具有明显的非线性特征,该理论不再适用.尤其考虑徐变对...     

竖向闭口加劲钢板剪力墙在非均匀压力下的弹性稳定性研究

对非均匀压应力作用下设置多道竖向闭口加劲肋的钢板剪力墙进行了有限元弹性屈曲分析,得到了屈曲临界应力随加劲肋加劲系数变化的曲线,以及各情况下的门槛刚度值。加劲肋门槛刚度随偏压系数增大而减小,随加劲肋数目增多而增大,随小区格宽高比增大而减小,随加劲肋扭弯比增大而减小。提出了竖向闭口加劲钢板剪力墙弹性屈曲加劲肋门槛刚度的近似计算公式,公式计算结果偏于安全。     

刚性基底上弹性约束矩形板的屈曲行为分析

对刚性基底上非加载边弹性约束矩形板在固支边均匀面内压力作用下的屈曲行为进行了分析研究。用里兹能量变分法建立确定板屈曲强度的本征值问题,利用满足边界条件的屈曲位移函数导出板屈曲系数计算公式。将该方法用于矩形钢管混凝土钢板局部屈曲的分析和计算,提出了目标板边界约束系数计算公式。试验结果表明,方形钢管混凝土柱钢板局部屈曲强度计算值与试验值吻合良好,钢板边界弹性约束的处理和约束系数的计算方法是有效的。