U形肋加劲板局部稳定性试验研究

U形肋加劲板是构成钢箱梁顶板、底板的主要板件,U形肋腹板与被加劲板局部失稳是其两种主要失稳破坏模式。为研究U形肋加劲板的局部稳定性能,分别设计并制作了U形肋腹板与被加劲板壁板两组局部稳定试件,并考虑U形肋腹板宽厚比、被加劲板宽厚比以及U形肋翼缘与腹板间弯曲半径变化。通过轴压试验得到了U形肋加劲板的局部失稳破坏模式、稳定承载力、应力-位移曲线以及局部稳定折减系数。试验研究表明：随着局部板件宽厚比的增大,试件由强度破坏转变为失稳破坏,且失稳破坏特征表现得越明显。当板件宽厚比不小于22.5时,宽厚比较大的板件先于其他板件失稳。U形肋腹板与翼缘之间弯曲半径增大时,U形肋腹板宽度及宽厚比变大,导致U形肋腹板稳定承载力降低。将试验结果与公路钢桥规范中的稳定系数曲线对比发现,对于钢桥规范中的稳定曲线,采用钢材屈服强度计算得到的板件稳定承载力明显小于试验值,而采用抗拉强度计算得到的板件稳定承载力接近试验值,说明采用钢桥规范计算U形肋加劲板稳定承载力,其安全系数和钢材的抗拉强度与屈服强度比值相当。     

混合钢U肋加劲板受压整体稳定承载力数值模拟与计算方法

建立受压混合钢U肋加劲板梁单元有限元模型并进行整体稳定分析,通过在梁单元模型中施加等效应力模拟U肋和被加劲板的不同强度,以5种不同强度组合的U肋加劲板试验试件的破坏模式和荷载-位移曲线对数值模拟方法进行验证。采用经试验验证的有限元模型,变化U肋高度、U肋与被加劲板强度与厚度、构件长度,得到混合钢U肋加劲板整体稳定系数,并与各国规范的柱曲线进行比较。结果表明:在压力荷载作用下,由于非等强钢U肋加劲板中钢材强度较低部分较早达到屈服,这将使得构件整体偏心受压,从而导致构件整体稳定系数均小于1; 等强钢M345-U345柱子曲线位于JTG D64—2015中的a,b类柱子曲线之间,并随着相对长细比的增大逐渐向b类柱子曲线靠近; 非等强钢柱子曲线在相对长细比较小时均低于等强钢M345-U345柱子曲线,而在相对长细比较大时的走势基本一致,其中M345-U420和M420-U345两条柱子曲线与JTG D64—2015中的b类柱子曲线接近; M345-U390和M390-U345两种柱子曲线随着相对长细比的增大逐步与等强钢M345-U345柱子曲线重合接近。     

混合强度U形肋加劲钢板受压稳定试验研究

混合强度U形肋加劲钢板是由U形肋和被加劲板采用不同强度组合而成的,用作桥面板,可充分发挥钢材的使用效率、降低工程造价。按不同结构尺寸和不同强度组合的U形肋与被加劲板,设计制作了9个混合强度U形肋加劲钢板试件。在轴向压力作用下,试验得到了这些U形肋加劲钢板试件的破坏模式、稳定承载力以及荷载位移曲线。将试验试件截面的低强钢部分等效为具有初始压应力的等强钢构件,并考虑试件焊接残余应力分布,分析了该加劲钢板失稳破坏机理。试验结果表明,试件整体失稳有被加劲板受弯失稳和U形肋受弯失稳两种,局部屈曲或材料屈服可发生在U形肋的翼缘、U形肋的腹板和被加劲的钢板中。试件两端的转动装置是否被约束对试验结果也有较大影响,有约束情况下,在试件端部附近的U形肋会发生局部屈曲破坏;无约束的情况下,在试件中部区域的加劲肋会发生局部屈曲破坏或试件整体发生弯曲破坏。对于发生整体失稳破坏的试件,结构具有较大的延性,平均应力峰值变化较大;而发生局部失稳破坏的试件,结构破坏具有明显的脆性,其平均应力峰值基本不变。     

板肋被加劲板受压局部稳定性能与计算方法

针对板肋加劲板局部失稳破坏模式的不同,建立不同宽厚比的板肋加劲板有限元模型进行局部稳定分析,研究不同失稳模式下板肋加劲板的受力机理与影响因素,同时采用三次多项式对四边简支板、构件中被加劲板的局部稳定折减系数进行非线性曲线拟合,并与各国规范曲线进行对比。研究发现：被加劲板局部失稳模型表现为被加劲板与板肋的面外多波失稳变形;残余压应力分布对两类失稳构件极限承载力的影响不大;局部缺陷对板肋失稳构件的影响较小,而对被加劲板失稳的影响较大。构件中被加劲板的拟合曲线更早出现折减,不同钢材强度的拟合曲线趋势基本一致,钢材强度越高,曲线越晚发生折减。对于不同强度的四边简支板公式曲线,当相对宽厚比超过0.79与0.80时,曲线高于我国与日本规范曲线;对于构件中被加劲板公式曲线,当相对宽厚比超过1.31与1.36时,曲线高于各国公式曲线。推荐采用四边简支板拟合的公式进行计算。     

纵向加劲板非弹性抗弯强度和刚度试验研究

为验证所提出的受压板上纵向加劲肋的最小刚度方程,对9个纵向加劲板试件进行试验研究,并确定其极限承载力。根据SSRC临界应力曲线,对试验结果与有限元分析所预测的最大强度进行比较,两者具有相当高的相关性。因此,从试验上确定了受压板上纵向加劲最小刚度方程的精度,以及修正SSRC临界应力曲线,包括塑性屈服的范围和过渡区。通过试验得出加劲板弯曲性能的一系列结论。     

内配格构式钢骨-钢管混凝土构件偏压性能试验研究北大核心CSCD

对4组共8个不同内部构造形式的钢管混凝土试件进行了偏心受压试验。结果表明:各组试件的破坏模式均为试件整体弯曲,偏压侧钢管局部鼓曲。内配纵向加劲肋减缓了钢管的局部鼓曲。与普通钢管混凝土试件相比,内配纵向加劲肋试件的极限承载力提高3.80%,内配格构式钢骨试件的极限承载力提高8.28%,同时配置纵向加劲肋和格构式钢骨试件的极限承载力提高14.33%。利用有限元软件对内配格构式钢骨-钢管混凝土构件进行偏心受压数值模拟,分析了构件的受力机理和各部件的应力发展过程,研究了混凝土强度、钢管强度、钢管径厚比、钢骨强度、钢骨尺寸以及荷载偏心距对其承载性能的影响。提出了内配格构式钢骨-钢管混凝土构件的偏压承载力计算公式,公式计算结果与试验结果吻合较好。     

双槽钢缀板柱绕虚轴的滞回性能试验研究

为研究双槽钢缀板柱绕虚轴的抗震性能,对6个双槽钢缀板柱足尺试件进行水平往复荷载试验研究,分析了单肢长细比、缀板线刚度、轴压比、加劲肋设置等因素对试件的承载力、破坏模式、耗能能力、变形能力及延性的影响。试验结果表明：按GB 50017—2017《钢结构设计标准》设计的双槽钢缀板柱在绕虚轴往复荷载作用下不能达到设计塑性受弯承载力,减小单肢长细比,可显著提高构件塑性抗弯承载力及初始刚度,当单肢长细比为20时,构件绕虚轴受弯承载力可达到规范相关要求;在满足规范要求的情况下,缀板及其连接焊缝未发生破坏,但提高缀板线刚度对构件绕虚轴的抗震性能影响较小;轴压比对构件抗震性能影响显著,随着轴压比增大,构件抗震性能降低;在构件塑性铰区设置加劲肋,可有效防止该区域板件的局部屈曲,提高构件的承载力、延性及耗能能力,缓解承载力及刚度退化,但塑性铰区转移至第二与第三块缀板间,试件破坏模式为单肢失稳。     

外伸端板加劲肋试验和有限元研究

为研究梁柱外伸端板螺栓连接中端板加劲肋对节点刚度和承载力的影响,对外伸端板加劲肋进行系统分析.给出三角形加劲肋较无限长矩形加劲板受拉强度效率系数的计算公式,并基于端板外伸加劲肋的传力及翼缘内外侧螺栓拉力均衡的考虑提出加劲肋形状和厚度的设计方法.对6个无加劲和3个加劲T形件连接节点进行试验研究,并对多个外伸端板连接节点模型进行有限元分析.研究结果表明,工程中常用加劲肋会过早屈服,起不到理想的加劲效果;推荐方法设计的端板加劲肋能够很好地满足<门式刚架轻型房屋钢结构技术规程>(CECS102:2002)所隐含的加劲肋使端板外伸部分由一边固支三边自由板变为两相邻边固支板的要求.     

腹板加劲卷边槽钢双肢拼合工形受压构件承载性能试验研究

为研究腹板加劲卷边槽钢拼合构件的承载性能,分别对由复杂卷边槽钢、腹板?形加劲复杂卷边槽钢和腹板V形加劲复杂卷边槽钢拼合而成的共计30根双肢拼合工字形截面简支受压试件进行了受压试验,其中轴压试件18根,偏压试件12根。研究了腹板加劲对拼合工字形截面构件承载力和失稳模式的影响。试验结果表明:腹板?形加劲槽钢能够有效减小腹板宽厚比,提高拼合截面构件的承载力;腹板加劲使畸变屈曲代替局部屈曲成为构件的主要失稳模式。研究采用有限元软件ANSYS对试件进行建模与受力分析,验证了所提出的有限元模型的准确性。通过有限元变参数分析,分析了构件长细比和偏心距对拼合截面构件承载力的影响。结果表明:轴压状态下与相同用钢量的腹板非加劲构件相比,?形腹板加劲复杂卷边槽钢双肢拼合短柱、中长柱和长柱承载力分别提高20.3%、16.0%和4.4%;腹板V形加劲复杂卷边槽钢双肢拼合短柱、中长柱和长柱承载力分别提高17.4%、8.9%和2.2%;随试件长度的增加,整体屈曲作用更为突出;随着偏心距的增大,整体弯曲屈曲逐渐起主要控制作用,3种截面构件的偏压承载力差距逐渐缩小。     

发生畸变屈曲的纵向加劲板的受压试验

采用厚4.0mm,名义屈服应力为235.0MPa的中厚钢板制作板件,并分别设置不同刚度的纵向加劲肋,对此纵向加劲板进行受压破坏试验。对发生畸变屈曲或局部与畸变相关屈曲的纵向加劲板的受压极限承载力和性能进行试验和理论研究,结果表明:临界屈曲模式主要取决于纵向加劲肋的刚度和母板的宽厚比。对于某些加劲板,局部屈曲和畸变屈曲之间的相互作用非常明显。畸变屈曲构件和局部与畸变相关屈曲构件展示了较大的后屈曲强度。研究纵向加劲板的的畸变屈曲强度曲线。采用直接强度法提出设计强度简化公式,用于考虑纵向加劲板的畸变屈曲及局部与畸变相关屈曲。将强度曲线与试验和有限元结果对比,验证了曲线的正确性。通过试验研究,得出有关纵向加劲板的屈曲性能的一些结论。     

开口肋加劲板屈曲模态与临界屈曲应力分析

为更好掌握开口肋加劲板的设计计算方法,采用弹性稳定分析方法,对无纵向和横向加劲肋的四边简支板、纵向加劲肋等间距布置的四边简支加劲板、纵向和横向加劲肋等间距布置的加劲板进行屈曲模态和临界屈曲应力分析。结果表明:对于四边简支板或四边简支加劲板,临界屈曲应力与板宽、板长和板厚均有关,减小板宽和板长以及增大板厚可提高临界屈曲应力;随着加劲肋刚度比的变化,四边简支加劲板一般表现出3种屈曲模态,模态1为加劲肋与被加劲板共同发生整体屈曲,模态2为在加劲肋处形成波节,加劲肋与被加劲板发生屈曲,模态3为加劲肋为刚性加劲肋,不会发生失稳,只有被加劲板发生局部失稳;临界屈曲应力随加劲肋刚度比的增大而增大,模态1增大幅度最大,模态2次之,模态3逐步趋于定值。     

Buckling and dynamic instability analysis of stiffened shell panels

The static and dynamic instability characteristics of stiffened shell panels subjected to uniform in-plane harmonic edge loading are investigated in this paper. The eight-noded isoparametric degenerated shell element and a compatible three-noded curved beam element are used to model the shell panels and the stiffeners, respectively. As the usual formulation of degenerated beam element is found to overestimate the torsional rigidity, an attempt has been made to reformulate it in an efficient manner. Moreover, the new formulation for the beam element requires five degrees of freedom per node as that of shell element. The method of Hill's infinite determinant is applied to analyze the dynamic instability regions. Numerical results are presented through convergence and comparison with the published results from the literature. The effect of various parameters like shell geometry, stiffening scheme, static and dynamic load factors, stiffener size and position, and boundary conditions are considered in buckling and dynamic instability analysis of stiffened panels subjected to uniform in-plane harmonic loads along the boundaries.     

T形截面钢管混凝土组合柱－钢筋混凝土梁加强环筋连接节点抗震性能试验研究

在传统外加强环节点的基础上,提出一种T形截面钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁加强环筋节点。以牛腿长度、环筋直径和环筋设置方式为主要参数,设计了7个节点试件,并通过静力和拟静力试验,探讨了试件的破坏特征、受力和抗震性能。研究结果表明：设置环筋的试件表现出典型混凝土梁端塑性铰破坏,未设置环筋的试件破坏源于牛腿翼缘与管壁间焊缝撕裂,呈脆性破坏;屈服前梁端纵筋承担了绝大部分弯矩,并通过环筋和牛腿实现了弯矩和剪力在梁柱间的可靠传递;带环筋试件滞回曲线呈饱满的弓形,而无环筋试件滞回环捏拢严重,呈耗能能力很差的Z形;各试件承载力退化趋势基本一致,且均出现明显刚度退化,具有相似的割线变化规律;节点域剪切变形对结构变形的影响几乎可以忽略不计;加大牛腿长度能显著提高节点初始刚度与极限荷载,小直径环筋在往复荷载作用下能够达到屈服,减少节点域环筋数量虽对初始刚度及耗能性能影响较小,但承载力却出现了一定幅度的降低。钢管混凝土组合柱 钢筋混凝土梁加强环筋节点抗震性能良好,能够实现“强节点弱构件”的抗震设计目的。     

软钢阻尼器剪切刚度理论计算与数值模拟

提出一种考虑剪切变形的深梁模型和开孔板软钢阻尼器的截面简化方式,在此基础上推导出弹性剪切刚度的理论计算公式; 考虑不同开孔率及钢板厚度,采用ABAQUS通用有限元软件对开圆孔、椭圆孔、弧形边3种开孔形式的23组软钢阻尼器试件进行数值模拟,并与理论计算结果对比; 探讨了平面内双向开孔率、钢板厚度对软钢阻尼器弹塑性阶段剪切刚度退化的影响。结果表明:理论推导结果与数值模拟结果吻合良好,其中15组试件计算相对误差在10%以内,最大相对误差为23%,平均相对误差为7.5%,说明提出的计算模型与简化方法比较合理; 在开孔板软钢阻尼器受剪切作用的弹塑性阶段,通过数值模拟发现,随着垂直于受力方向开孔率的增大,构件的剪切刚度退化速度呈下降趋势,即受力过程中瞬时刚度与初始刚度的比值整体上与垂直于受力方向的开孔率呈正相关; 随着平行于受力方向开孔率的增大,试件剪切刚度的退化速度呈先下降后上升趋势; 钢板厚度对剪切刚度退化速度的扰动较小,厚度越大,构件剪切刚度退化速度略有降低。     

不同腔体构造圆钢管混凝土短柱抗震性能试验

为研究不同腔体构造对圆钢管混凝土短柱抗震性能的影响,进行了3个不同腔体构造的大截面尺寸圆钢管混凝土短柱试件的低周反复荷载试验。试件钢构件分别为圆钢管、圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼以及圆钢管内置圆钢管,其中后两者钢构件用钢量相等。各试件的轴力均相等。分析了各试件的承载力、刚度退化、滞回特性、延性、耗能及破坏特征。研究表明：竖向肋板的设置可以提高构件的受弯承载力;环向肋板可以显著约束钢管径向变形;内置圆钢管强化了核心区混凝土的约束,使得外钢管弹塑性变形能力增强;含钢率相等条件下,圆钢管内置圆钢管混凝土短柱与圆钢管腔内焊接环向及竖向肋板并设置钢筋笼混凝土短柱相比,虽然水平承载力略有下降,但是其延性系数和累积耗能能力有显著提高;3个不同腔体构造圆钢管混凝土短柱的等效黏滞阻尼系数分别为0.41、0.53、0.58,均具有较好的耗能性能。圆钢管混凝土柱在压、弯、剪复合受力状态下的承载力试验值高于按照我国规范和规程所得出的计算值,表明我国规范和规程在计算足尺试件承载力时,结果偏于安全。     

组合肋壳非线性分析

组合肋壳是一种新型组合空间结构形式,基于非线性有限元理论,利用空间梁单元和曲边壳单元,考虑结构非线性影响,推导了T.L.坐标系下结构单元刚度矩阵,采用增量迭代法和弧长法对整个受力过程进行全过程跟踪,得到组合肋壳的极限承载力,并对结构承载力影响因素进行了系统分析,最后与带肋钢筋混凝土薄壳以及光滑混凝土壳体进行了比较.分析结果表明,随着矢跨比和截面尺寸的增大、边界条件接近刚性,组合肋壳的极限承载力增大;与其它两类壳体相比,由于组合肋中钢肋的存在,使得组合肋壳整体刚度增大,承载能力提高,结构的薄膜内力分布更为合理.     

箱板式钢结构住宅底部加强区组合加劲钢板墙抗震性能分析

箱板式钢结构是一种直接采用加肋钢板作为承重墙和楼板的箱式结构.为提高加劲钢板墙(SSPW)的抗震性能,在墙体外侧设置网格加劲板构成组合加劲钢板墙(CSPWs).进行了3个1/3缩尺比例的加劲钢板墙试件的拟静力试验,研究参数包括是否设置网格加劲板、网格加劲板与墙体钢板之间能否相对滑动.分析了加劲钢板墙试件的破坏过程、破坏...     

组合空腹梁的静力特性研究

提出了一种新的组合空腹板结构形式,它由下层交叉钢肋、上层混凝土板及连接上下层并使之共同工作的钢管或钢管混凝土剪力键组合而成。为研究该类结构的静力特性,对组合空腹板的组成单元——组合空腹梁进行了足尺模型试验,侧重研究组合空腹梁下层钢肋、上层混凝土板的内力分布规律;对组合空腹板建立了基于空间梁单元与壳单元的混合元计算模型、空间壳单元计算模型两种有限元分析方法,对试验模型进行了理论分析。将试验数据、两种有限元计算方法的计算结果进行了比较。研究结果表明,组合空腹梁的内力分布均匀,能较好地发挥材料强度,具有刚度大、整体性好的特点;对简支组合空腹梁,其下层钢肋处于拉-弯、上层混凝土板处于压-弯的受力状态,弯曲应力在总应力中占了较大的比例;研究结果同时也验证了理论分析的可靠性。