波浪腹板门式刚架侧向变形计算研究

为补充完善波浪腹板门式刚架侧向变形的空白,基于波浪腹板工形构件的受力特性,提出了适用于计算波浪腹板工形构件变形的两种梁单元有限元简化模型,通过与壳单元对比及模型参数敏感性分析,验证了梁单元简化模型的准确性和可靠性。此外,通过理论推导和有限元计算,提出了适用于单跨等截面、单跨变截面及多跨波浪腹板门式刚架侧向变形的计算方法;其中考虑了柱脚边界条件、斜梁坡度、侧向荷载作用点和分布形式等诸多因素的影响。     

考虑剪切变形的波形钢腹板组合梁的变形计算方法

结合波形钢腹板组合梁的刚度特征,考虑剪切变形的影响,对其挠度计算方法进行了较为系统的分析和研究。采用静力法和能量变分法,分别建立了考虑剪切变形影响时波形钢腹板组合梁的挠曲线微分方程。利用该挠曲线微分方程,得到了波形钢腹板组合梁在不同荷载作用下由剪切变形产生的跨中挠度的计算公式和短期折减刚度。通过将跨中挠度的理论计算值与有限元分析值进行对比,表明理论计算公式具有较高的计算精度。     

波浪腹板受弯构件设计理论及试验研究

波浪腹板工形构件由翼缘与波浪腹板通过高频焊接组成,作为受弯构件具有较高的承载效率。基于波浪腹板工形构件截面承载力的简化模型,提出波浪腹板受弯构件强度和抗剪稳定承载力计算公式,同时亦给出考虑波浪腹板剪切变形的构件挠度计算方法;对2根足尺的波浪腹板工形截面梁进行面内加载试验,揭示受弯构件加载破坏过程及破坏机理;同时以有限元分析进行佐证,分析构件初始缺陷对其破坏形式的影响。研究表明,试验结果与有限元分析结果吻合较好,亦验证建议设计方法的合理性。     

波浪腹板钢结构设计理论研究及应用现状

为配合CECS 290∶2011《波浪腹板钢结构应用技术规程》的颁布施行,结合波浪腹板钢结构的最新研究进展,介绍规程的主要设计条文及其产生背景。鉴于波浪腹板构件具有较为独特的受力机理,对其设计计算的相关条款进行阐释,主要涉及其强度、刚度、稳定性及连接节点等方面的设计计算理论,具体包括构件的强度计算、局部承压验算、支承加劲肋验算、腹板抗剪稳定性验算、构件的整体稳定性验算、变形计算简化模型、构件与结构变形计算简化方法、端板式节点中螺栓内力与端板厚度计算模型等,以及CECS 290∶2011中给出的适用于波浪腹板门式刚架的多种节点构造形式。另外,讨论波浪腹板钢结构在制作与安装中的关键技术问题,包括波浪腹板钢构件的轧制和焊接要求、制作和安装误差控制以及除锈与涂装防腐的相关标准等,并对波浪腹板钢构件自动化生产线及波浪钢板剪力墙的一些最新研究进展进行介绍。     

不锈钢薄腹梁受剪性能试验研究

通过对7根不锈钢薄腹梁进行受剪性能试验研究,分析了梁腹板的剪切屈曲和屈曲后强度。结果表明：所有梁均发生剪切屈曲破坏,薄腹板中形成拉力带,上翼缘和横向加劲肋中出现塑性铰;根据腹板表面应变和侧向鼓曲变形测得的剪切屈曲应力均低于理论计算的弹性剪切屈曲应力;梁的受剪承载力显著高于腹板剪切屈曲时的荷载,具有较高的屈曲后强度;梁端设置封头肋板可以提高梁的受剪承载力。基于得出的试验结果及现有其他试验数据,对两种考虑腹板屈曲后强度的受剪承载力计算方法进行评估,我国GB 50017—2017《钢结构设计标准》中的公式仅考虑了腹板的受剪承载力,其计算结果总体偏于保守,但是对腹板高厚比较小(λs<1.5)的不锈钢薄腹梁,受剪承载力计算偏于不安全,且计算结果离散性较大;EN 1993-1-4中的计算公式中同时考虑了腹板和翼缘的受剪承载力,其计算结果偏于保守且离散性较小。     

考虑柱间相互作用的阶形柱计算长度系数

柱间相互作用对阶形柱的稳定性有很大的影响,而我国现行规范及已有文献所给出的阶形柱计算长度系数的计算方法不能准确考虑该作用。利用等截面压杆的转角 位移方程得到阶形柱的刚度矩阵,由此推导了轴力对阶形柱刚度削弱的表达式,并构建了可考虑柱间相互作用的阶形柱计算长度系数的计算式。研究表明该计算长度系数计算式具有较高的精度,使用方便,可用于多跨框架的计算,同时也适用于柱高不等的情况。对钢梁起坡的山形门式刚架,给出了实用的计算方法,参数分析表明采用该方法计算得到的柱计算长度系数具有良好的精度,可满足设计需要。     

有吊车作用柱脚铰接门式刚架柱的计算长度

有吊车厂房中框架柱轴力和截面都呈阶形变化 ,对柱脚铰接的阶形柱的计算长度规范没有规定。通过对柱脚铰接的阶形柱的弹性屈曲分析 ,得到了框架柱平面内、平面外计算长度系数的表达式和计算表格 ,结果与有限元分析符合得很好。在此基础上 ,对计算长度系数公式进行了简化 ,结果对于工程设计人员进行框架柱的稳定性设计具有重要的指导意义。     

新旧钢结构规范阶形柱计算长度系数的对比分析

文章介绍了2018年版的钢结构设计标准与2003年版的钢结构设计规范中的阶形柱计算长度系数的计算方法,并针对等截面单阶柱、变截面单阶柱、双阶柱分别用相同的工程按照现行标准与03版规范进行计算,然后对比分析了按照现行标准与03版规范计算的结果。通过对计算结果的对比分析可以得知,现行标准的计算结果更加合理,计算方法的适用性更强。     

格构柱的剪切变形对超重型厂房框架稳定性的影响分析

本文对格构柱的剪切变形对重型厂房框架稳定性的影响进行了分析,推导了考虑剪切变形对计算长度系数影响的精确计算方法。通过一个实际工程的比较,对目前常规计算时采用的格构柱截面惯性矩折减方法的计算结果与精确方法的结果进行了比较,表明了各种厂房统一采用相同的折减系数是不合理的,会造成较大的误差,特别是上柱的计算长度系数相差很大。本文的研究表明,对不同厂房的格构柱采用不同折减系数的必要性。本文推导证明,采用格构柱换算长细比公式推导出来的折减系数是正确的,对如何应用这个折减系数公式提出了建议。     

支撑钢框架柱的计算长度

本文对多高层支撑钢框架柱的计算长度问题作了阐述。在结构基本失稳形式分析的基础上,给出了确定支撑框架柱计算长度的计算简图与计算公式,为便于工程设计运用,在充分利用《钢结构设计规范》(GBJ 17—188)中纯框架柱计算长度系数表格的基础上,提出了确定支撑钢框架柱计算长度系数的近似计算公式。     

槽钢剪力连接件承载力的有限元分析

建立一个有效的数值分析模型,模拟槽钢剪力连接件的性能。重点研究单调加载下槽钢剪力连接件的抗剪能力。通过试验数据证实模型是有效的,引用加拿大设计规范CAN/CSA-S16-2001和GB50017-2003《钢结构设计规范》中给出的公式进行对比。利用该非线性模型进行的研究表明:混凝土强度、槽钢腹板和翼缘厚度、槽钢高度以及槽钢的长度对槽钢剪力连接件的承载力有较大影响,混凝土块高度的影响较小。     

中、美规范等截面钢框架柱计算长度系数的对比

在计算框架的稳定性时,需首先确定柱子的计算长度l0,该计算长度l0由计算长度系数μ确定。中国《钢结构设计规范》(GB50017-2003))与美国钢结构规范《AISC-Load and Resistance Factor Design Specification for Structural Steel Buildings》在确定柱子的计算长度系数μ时存在一定的差异,对两者的基本假定、计算公式和修正系数进行比较。     

工业化装配式高层钢结构桁架梁腹杆计算长度分析

新型工业化装配式高层钢结构桁架梁不同于传统形式的桁架梁,需将其简化成单根腹杆和弦杆进行稳定验算,并用计算长度来体现结构其他部分的约束作用,但GB 50017—2003《钢结构设计规范》对桁架梁腹杆计算长度的规定比较保守。基于刚架弹性稳定理论以及相关研究成果建立的四弯矩方程,综合考虑桁架梁的上、下弦杆刚度和节点刚度对腹杆计算长度的影响,推导出杆件群的稳定方程以及腹杆计算长度系数的计算方程。通过MATLAB编程解超越方程,列出了可供工程设计使用的桁架梁腹杆计算长度系数用表。针对节点实际刚度与计算刚度不一致的现象,推导了腹杆-弦杆半刚性节点刚度与节点弯矩关系的解析公式,求出节点刚度,便于设计人员查表得到相应计算长度系数。     

中欧钢结构规范螺栓连接承载力比较

根据欧洲钢结构设计规范的EN1993-1-8∶2005和GB50017-2003《钢结构设计规范》及JGJ82-2011《钢结构高强螺栓连接技术规程》对单个螺栓的设计承载力进行比较,包括抗剪连接、抗拉连接、剪拉连接和抗滑移连接的单栓承载力。比较分析可知:国标与欧标钢结构设计规范中的抗剪螺栓连接承载力二者基本一致;欧标的高强螺栓预拉力取值比中国的约高10%;抗拉螺栓连接与剪拉螺栓连接主要区别在于螺栓的抗拉承载力如何考虑撬力的影响。     

输电铁塔设计中角钢构件稳定计算问题的讨论

现行输电铁塔结构设计依据的规程、规定引用的是《钢结构设计规范》(GBJ17-1988)的条文,《钢结构设计规范》(GB50017-2003)增加了关于轴压构件扭转失稳和弯扭失稳方面的规定,本文基于新钢规对输电铁塔设计中双角钢十字形、T形截面以及单角钢轴压构件的整体稳定计算做了试算和探讨,得出对于输电铁塔设计中主材选用双角钢十字截面构件扭转失稳将起控制作用、对于单角钢构件绕平行轴的弯扭失稳起控制作用的结论。通过对220kv和500kv双回路直线塔的工程实例计算,按新钢规规定,塔重将增加6％～10％。因此,在输电铁塔结构设计中,关于角钢整体稳定按新钢规条文的具体应用还需进一步探讨。     

GB50017—2003《钢结构设计规范》中有待明确的几个问题

就GB 50017—2003《钢结构设计规范》中的一些问题,陈述了自己的见解。内容包括:重力荷载设计值、二阶效应的弯矩与压弯构件公式、疲劳计算的范围、有效截面、弱支撑框架柱计算、高强度螺栓的抗拉承载力。     

不锈钢结构螺栓连接节点设计方法比较

根据欧洲规范EN 1993-1-4:2006、美国规范ASCE/SEI 8-02、澳大利亚和新西兰规范AS/NZS 4673:2001、日本不锈钢建筑结构设计标准以及中国规范GB 50017-2003对不锈钢结构螺栓连接的设计进行了对比分析,包括连接板的净截面承载力和承压承载力以及螺栓连接的受剪、受拉承载力和剪力拉力联合作用承载力,并对算例计算结果进行了比较.结果表明:欧洲规范设计计算结果较为详尽,日本不锈钢建筑结构设计标准设计规定较为全面,中国规范GB 50017-2003不适合直接用来计算不锈钢结构螺栓连接,需要进行系统的研究.     

塑性设计中钢梁临界侧向长细比的研究

在钢梁塑性设计中,当钢梁侧向长细比达到临界值时,需要设置侧向支撑以防止其平面外整体弯扭失稳,保证产生塑性铰的截面具有足够的转动能力。在实际工程中,钢梁真正需要的转动能力一般较低,而GB 50017—2003《钢结构设计规范》要求较高的转动能力标准致使计算公式获得的临界侧向长细比过小。为此,建立非线性有限元模型,对钢梁进行数值分析,计算结果与他人试验结果吻合良好。通过对钢梁端部弯矩比、腹板高厚比、翼缘宽厚比、残余应力分布和平面外边界条件5类影响参数的分析,并采用合理的转动能力标准,提出除翼缘宽厚比外涉及4类参数的临界侧向长细比简化计算公式。与GB 50017—2003的公式相比较,所提出的公式更加合理、符合实际。     

确定框架和排架柱计算长度的实用图表法

确定柱的计算长度是稳定验算的关键一环,对此,GB50017-2010《钢结构设计规范》中给出了一些相关的计算公式和表格,但这些公式和表格仍存在两方面的不足：一是这些公式和表格基于计算假定只适用一般情况,对于一些特殊情况,如框架各柱内的轴力或各排架柱的轴力和柱高相差较大时,这些公式和表格就不再适用了;二是使用这些公式和图表难以得到计算长度随各相关参数变化的直观表现。针对这些不足,本文作者利用：二阶位移法推导了相关的公式并制成了确定计算长度的实用图表,利用这些图表可快速地确定计算长度,并可得到计算长度随各参数变化的直观趋势。     

圆钢管相贯焊节点计算的国内外规范比较

在GB 50017—2003《钢结构设计规范》中,关于空间多平面圆钢管相贯节点承载力计算,只能考虑轴力,不考虑腹杆弯矩对节点承载力的影响。在《空心管结构连接设计指南》中单平面圆钢管相贯节点在复合受力状态下的承载力计算公式,主要是参照Eurocode 3。通过对两种规范关于圆钢管相贯焊节点计算公式归纳和对比可知,Eurocode 3相贯节点承载力公式相对于目前GB 50017—2003计算公式来说是偏安全的。基于此,对武汉站圆钢管相贯节点依照Eurocode 3拆分为若干单平面节点,再分别对单平面节点进行校核和演算。利用有限元软件ANSYS建立钢管相贯节点实体模型,进行非线性分析。模拟计算结果表明,该相贯节点设计满足要求。