变截面大尺度多开孔钢梁结构性能研究北大核心CSCD

某高铁线下站房的钢结构屋盖选用了超出设计标准规定的变截面、腹板大尺度多个开孔的钢梁,有必要对其承载能力和延性等性能进行研究。通过试验和有限元分析,研究了开孔梁荷载挠度关系、空腹截面应力分布,对比了空腹桁架理论、试验和有限元计算结果。进一步运用有限元软件ABAQUS对变截面大尺度开孔梁进行了特征值屈曲分析,并进行了考虑不同幅值、不同分布形式的初始几何缺陷在全跨活荷载和半跨活荷载作用下的几何、材料双非线性分析,得到了不同特征的破坏模式。研究发现:大尺度开孔梁弹性设计时,可用费式空腹桁架理论进行验算;大尺度多个开孔梁非线性效应影响显著,在设计时,应充分考虑结构的非线性特征;在全跨活荷载作用下,开孔梁的安全系数可达到2.8,具有良好的承载能力;不同分布形式的缺陷会显著影响大尺度开孔梁的承载力和延性;全跨活荷载比半跨活荷载对变截面大尺度开孔梁的性能更为不利;引入第1阶屈曲模态分布形式的缺陷不一定是最不利的缺陷分布形式,不同的缺陷会造成4种不同的破坏模式。     

变截面悬臂钢梁稳定性分析

采用有限元分析软件MARC,对变截面悬臂钢梁进行了非线性屈曲分析,分析了不同约束情况下钢梁的极限承载力,从而为变截面悬臂钢梁的设计奠定理论基础。     

变截面开孔组合钢梁楼盖设计分析

以变截面开孔组合钢梁楼盖为研究对象,采用有限元法模拟计算,验证了采用规范算法对变截面开孔组合钢梁的适用性.分析表明,规范算法得到的钢梁应力、变形、舒适度等结果较可靠,且偏于安全.对比分析了有限元模拟计算和规范算法,发现不同几何参数(变截面段长度、跨中开孔位置、开孔率等)对强度、变形、楼盖舒适度等指标无显著影响.对组合钢梁楼盖内的钢筋构造、开孔的加劲构造给出了建议.     

大尺度矩形孔钢梁设计方法

结合国内外现有的相关研究和规范,提出了大尺度矩形开孔钢梁构造措施的建议。在对大尺度矩形孔钢梁数值分析的基础上,对影响开孔钢梁截面应力分布的开孔参数进行了进一步分析,提出了开孔截面和开孔影响区域截面正应力和剪应力的简化计算方法和计算式,给出了矩形孔钢梁强度计算的设计方法;分析了矩形开孔钢梁的稳定验算准则,并给出了近似处理方式;参照蜂窝梁挠度的计算方法,提出了开孔钢梁挠度的近似计算方法,并按最不利情况给出了开孔钢梁挠度修正系数的计算式;结合算例验证了设计建议的可靠性和实用性。     

开孔补强波纹腹板钢梁受弯承载力性能研究

研究波纹腹板H形钢梁开孔后经钢套筒补强后的受弯性能。设计完成了两个试件的受弯承载力试验,得到了试件的荷载-位移曲线、极限荷载和破坏形态等。采用ABAQUS有限元软件对其进行数值模拟,并对其受弯承载力进行了理论分析,提出了受弯承载力的计算式。研究表明,波纹腹板H形钢梁开孔后经过补强仍具有较好的抗弯变形能力,并且具有较好的塑性性能;开孔后经过补强的波纹腹板梁在弯矩作用下腹板上几乎不存在弯曲正应力,认为截面弯矩完全由上、下翼缘承担;其抗弯承载力可采用理论公式进行设计。     

变截面箱形轴压柱稳定性能研究

为了全面掌握变截面箱形轴压柱的稳定性能以及各种参数对其稳定性能的影响,采用有限元软件AN-SYS对箱形变截面柱进行弹性整体屈曲分析,考虑其楔率和截面长宽比对其特征值屈曲性能的影响;在此基础上对其进行考虑双重非线性和残余应力的全过程极限承载力分析,并结合现行的钢结构规范提出箱形变截面柱的稳定承载力验算公式.     

变截面箱形轴压柱稳定性能研究

为了全面掌握变截面箱形轴压柱的稳定性能以及各种参数对其稳定性能的影响,采用有限元软件AN- SYS对箱形变截面柱进行弹性整体屈曲分析.考虑其楔率和截面长宽比对其特征值屈曲性能的影响;在此基础上对其进行考虑双重非线性和残余应力的全过程极限承载力分析.并结合现行的钢结构规范提出箱形变截面柱的稳定承载力验算公式。     

冷弯薄壁C形开孔钢梁承载力有限元分析

近年来冷弯薄壁型钢中的腹板开孔构件得到越来越多的应用,其承载力是工程设计和分析时首先需要解决的问题.选取净跨分别为3.5,5.5m的腹板开孔C形截面梁进行竖向静力均布荷载作用下的承载力分析,建立了有限元模型,通过对孔间距、孔洞大小、孔边距等开孔参数进行计算分析,总结了开孔参数对开孔梁极限承载力的影响规律,并提出开孔方式优化方案.结果表明:开孔梁的孔数和孔边距是影响开孔梁极限承载力和破坏形式的重要因素.开孔梁优化设计时应留足孔边距和避免靠近支座处的孔间腹板受压.     

天津博物馆空间曲线变截面箱形钢梁的设计应用研究

介绍了天津博物馆连接天鹅造型长颈走廊和天鹅背大网壳的天鹅脖颈部分的建筑造型,研究了空间曲线变截面箱梁的3D建模、结构设计,分析了变截面箱梁的施工放样,阐述了变截面箱梁结构其他部分的细部连接构造,为博物馆天鹅脖颈部分的设计与施工提供了依据。     

开圆孔波纹腹板钢梁弹塑性抗剪屈曲试验及设计方法研究

为研究波纹腹板H型钢梁开孔后的受剪性能,设计完成4个试件的受剪承载力试验。试验设计为两端简支梁的跨中单调加载,试验中监测试件跨中位移,得到试件的荷载-位移曲线、极限荷载和破坏形态等。采用ABAQUS对其进行数值模拟,将模拟结果与试验对比得到,有限元模型能较好地模拟各试件的受载变形过程。参考现有未开孔波纹腹板的弹塑性屈曲计算方法,根据试验结果及有限元参数分析结果,提出波纹腹板开孔后的弹塑性承载力的计算式。研究表明,开圆孔后的波纹腹板均发生整体剪切屈曲破坏,现有的未开孔波纹腹板弹塑性屈曲计算公式对于开孔后的波纹腹板偏于不安全,文中提出的公式与试验及参数分析的结果相比具有较好的安全性,且形式简单、便于采用。     

变截面H型钢柱相关屈曲性能研究

采用板壳单元离散变截面H型钢柱,并同时考虑构件整体与局部初始缺陷、残余应力、材料屈服、几何非线性等因素的影响。根据数值分析的结果,重点研究了腹板宽厚比、腹板楔率、翼缘宽厚比、长细比等参数对板件局部屈曲与构件整体稳定的影响,总结了压力作用下变截面H型钢柱局部屈曲、整体屈曲和相关屈曲的发展过程以及影响因素。     

长圆孔开孔方式对钢梁高强螺栓拼接抗震性能的影响

以某试件为例,对钢梁高强螺栓拼接的耗能性能进行试验分析,并用有限元软件ANSYS对其进行模拟验证.结果表明:ANSYS能够很好地模拟试验试件.然后针对拼接区高强螺栓孔不同的开孔形式进行有限元模拟分析,结果表明:不同的开孔方式对拼接区的耗能性能有很大的影响,并给出了合理的开孔原则.     

基于能量变分法的变截面桁架柱弯曲屈曲分析

基于应变能等效原则,推导得到变截面桁架柱的抗弯和抗剪刚度.通过能量变分法以及分解刚度法确定了变截面悬臂桁架的弯曲屈曲荷载.利用ABAQUS以及ANSYS对十二个具有代表性的变截面桁架进行有限元模拟,对比验证了三种变截面桁架等效抗弯刚度理论公式以及弯曲屈曲荷载公式.结果 表明本文所用方法具有较高的精度(平均误差1.83％...     

轴心受压六边形腹板开孔蜂窝钢柱的力学性能研究

为了研究一端固接一端自由的六边形孔蜂窝钢柱在轴心力作用下的力学性能,应用大型有限元分析软件ANSYS建立数值模型,分别从扩张比的变化、长度变化和第1个开孔处距柱底的距离变化研究其对蜂窝钢柱受力性能的影响,同时对比了六边形孔蜂窝钢柱与原截面实腹式钢柱承载力的差别。通过数值模拟发现六边形孔蜂窝钢柱的破坏形式并非局部屈曲或整体屈曲,而是两者相关屈曲,在分析基础上给出了不同参数的较优取值。     

深圳大运交通枢纽变截面倒梯形梁抗弯性能研究

为研究变截面倒梯形梁的抗弯力学性能,设计缩尺试件并开展四点静力加载试验,通过与数值模拟结果的对比分析,揭示了变截面倒梯形梁在横向荷载作用下的应力分布规律。结果表明：变截面倒梯形钢梁缩尺试件抗弯承载能力达到770 kN,面内抗弯承载性能优异,试件没有出现失稳问题;数值模拟结果与试验结果的变形特征相同,应力分布一致,两者计算所得抗弯承载力误差为3.9%,初始刚度误差为12.4%;与实际工程最不利荷载工况相比,变截面倒梯形钢梁承载力安全系数为12.4,设计荷载下试件挠度为4.14 mm,且处于弹性受力状态,满足挠度和工程安全性要求。     

变截面人工挖孔桩在复杂地质条件中的应用

原设计人工挖孔桩底端扩大直径，部分桩孔遇复杂地质条件无法扩底，经论证改为变截面人工挖孔桩，其扩大直径部位位于桩的中部（有坚实岩层的位置）。竣工后经检测承载力和沉降值均达到设计要求，桩基工程获得成功。     

不同荷载工况下双段变截面H型钢梁相关屈曲性能分析

采用ANSYS软件中的板壳元,考虑双重非线性,对梁端受等弯矩、不等同号弯矩、不等异号弯矩和梁上均布荷载和两端简支与固接情况下双段变截面H型钢梁进行了全过程分析,并同时考虑了纵向焊接残余应力、初始几何缺陷的影响。根据获得的构件荷载-位移曲线和不同荷载时刻的构件整体与局部变形形态,对比分析了不同荷载工况对双段变截面梁的承载力、整体刚度、相关屈曲、塑性扩展等性能的影响。研究结果表明,对于受弯矩作用的双段变截面H型钢薄壁梁,其腹板宽厚比可尽量取大值;剪力对梁的相关屈曲性能影响很大,对主要受剪力作用的梁,要防止发生腹板局部屈曲;固接约束极大改善构件性能。     

翼缘纵向变厚度焊接工字形截面钢梁整体稳定性能试验

为研究翼缘纵向变厚度焊接工字形截面钢梁的整体稳定性能,共设计了11个变厚度梁和2个等厚度梁并进行无侧向约束整体稳定试验,包含三点弯和四点弯两种加载方式,0、2、4、6、8mm/m共5种厚度变化率。试验结果表明：钢梁均发生弹塑性弯扭失稳破坏,卸载后仍有明显残余变形;相比四点弯加载,翼缘厚度变化对三点弯加载钢梁承载性能的影响更为明显。对现有等厚度梁的整体稳定设计方法和稳定系数曲线进行总结,结合精细化有限元分析得到,变厚度梁的弹性失稳临界弯矩随着翼缘厚度变化率增大而降低。基于现有等厚度梁规范稳定曲线进行变厚度梁稳定承载力计算时,建议采用有限元分析或者以平均截面尺寸下的等厚度梁近似计算弹性失稳屈曲临界弯矩,由此可得相比按跨中最大截面设计相对安全的稳定承载力。最后将试验结果与规范计算所得稳定承载力对比,结果表明欧洲规范BS EN 1993-1-1最为安全,中国规范GB 50017—2017次之,美国规范ANSI/AISC 360-16最不安全。变厚度梁整体稳定设计方法的提出还需进一步深入研究。     

板件宽厚比对交叉钢梁稳定性影响研究

对中、美、欧现行规范关于钢结构截面类型及宽厚比限值的要求进行了归纳比较,利用ABAQUS有限元软件进行了单根H形钢梁考虑初始缺陷的屈曲承载力分析并与规范公式计算结果进行了对比.在此基础之上,以雄安站站房雨棚钢结构为背景,选取具有代表性的区域建立空间交叉H形钢梁精细有限元模型.对不同板件宽厚比的空间交叉H形钢梁进行了非线...     

双锥型变截面矩形钢管的试验研究及承载力分析

双锥型变截面矩形钢管是指两端为锥型变截面、中间为等截面的组合矩形钢管构件。首先推导双锥型变截面矩形钢管的强度最不利破坏截面位置的判断公式,阐述双锥型变截面矩形钢管在压弯和压弯扭试验中不同加载方式下试件的破坏模式、塑性区发展过程及承载力结果,并结合大量有限元模型分析,进行不同弯压比下构件承载能力的比较。研究表明,双锥型变截面矩形钢管与等截面构件相比,在弯矩作用下具有更高的承载力,且塑性铰位置避开构件端节点,使整体结构延性得到增强。