面外支撑非均匀布置的 箱型与圆管截面拱平面外弹性屈曲

在面外设置离散支撑,是建筑与桥梁工程设计中提高钢拱面外稳定性采用的有效措施。该文研究了面外支撑沿拱轴线非均匀布置时,箱型与圆管截面两铰拱的平面外弹性屈曲性能。该文首先将拱段间的相互约束作用等效为拱段两端的约束弹簧,采用数值拟合法获得了被约束拱段的平面外弹性屈曲荷载;此后借鉴压弯直构件端部弯矩与转角关系,提出了支撑间拱段的相互约束作用计算方法,并由此得到了面外支撑非均匀布置时,钢拱的平面外弹性屈曲荷载迭代计算步骤。根据该文提出的方法所获得的离散支撑钢拱的平面外弹性屈曲荷载与有限元计算结果吻合较好。     

张弦梁平面外弹性稳定性能研究

无平面外支撑的张弦梁在平面内受荷过程中可能发生平面外失稳。该文首先将张弦梁的平面外失稳分为索撑体系的失稳和张弦梁整体失稳,并采用平衡法和能量法对索撑体系的稳定性进行研究;其次对于张弦梁平面外整体失稳,指出将撑杆和拉索的作用等效为集中力、提取钢梁进行稳定设计的方法并不安全;该文采用Ritz法建立张弦梁的势能方程,结合势能驻值原理,得到张弦梁在全跨均布荷载和纯弯荷载下的平面外弹性屈曲荷载,结果与有限元吻合较好。该文得到的张弦梁平面外屈曲荷载计算公式对其平面外稳定设计具有参考作用。     

节点板式连接对H形钢支撑面外稳定性能的影响

为研究节点板对H形支撑面外弯曲约束能力和对支撑稳定承载力的影响规律,设计并制作了12个带有节点板的H形支撑(支撑系统)模型试件。进行了轴向等幅往复循环加载条件下的试验研究,得到了支撑端部的节点板连接净距等对支撑稳定承载力的影响规律,建立了往复循环加载条件下受压时支撑稳定承载力的退化准则和屈曲后承载力的建议取值方法。使用有限元方法对试验结果进行了精细化数值模拟,二者吻合效果良好。据此,对带有节点板的支撑系统进行了足尺模型的大规模参数分析。结果表明,支撑长细比、节点板厚度、支撑端部的节点板净距、支撑与梁柱夹角等参数对支撑稳定承载力和节点板面外转动刚度具有显著影响。基于这些关键参数对支撑端部弯曲约束能力的影响规律,并考虑尺寸效应,给出了板式连接节点对支撑面外转动刚度和支撑计算长度系数的建议取值公式,可以用于支撑的稳定承载力计算。     

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。     

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。     

屈曲约束支撑端部塑性扭转屈曲试验研究

屈曲约束支撑是一种利用金属屈服滞回耗能的装置,具有性能稳定、制作方便、成本低廉等优点。该文通过三根部分焊接屈曲约束支撑试件的低周疲劳试验,探讨了其核心板端部无约束段扭转屈曲的失效模式,并进一步与理论公式进行对比。试验结果表明:屈曲约束支撑核心板端部无约束段的塑性扭转屈曲会导致屈曲约束支撑失效,需要在设计时特别关注;屈曲约束支撑构件的轴向变形对试件的扭转屈曲失效影响显著,轴向变形越大,塑性屈曲临界应力越低,同时施加的实际轴向应力越大;理论公式能够较好的预测屈曲约束支撑端部无约束屈服段的扭转屈曲失效。     

铝合金半刚性椭圆抛物面网壳静力稳定性分析

针对目前铝合金单层网壳结构中节点形式过于单一的局面,该文首先研发出了一种新型铝合金半刚性节点--柱板式节点。获得了柱板式节点绕强轴、弱轴和扭转三个方向的弯矩-转角曲线,并将其引入到网壳杆件单元模型中,建立了半刚性节点工字型杆件椭圆抛物面网壳的数值分析模型。在此基础上,考虑节点强轴刚度、节点弱轴刚度、节点扭转刚度及跨度和矢跨比等参数影响,对半刚性节点高强铝合金椭圆抛物面单层网壳进行了弹塑性全过程分析,得到了各参数对网壳极限承载力的影响规律,并详细地考察了网壳失稳时的变形形态。研究发现:网壳失稳时,网壳中的柱板式节点均处于弹性状态,说明柱板式节点有较好的刚度,网壳的失稳为伴随杆件扭转屈曲的局部失稳。     

板式连接中心支撑钢框架结构推覆试验研究

为研究板式连接中心支撑钢框架结构在水平荷载作用下的承载力、延性、结构影响系数、节点受力模式、屈服机制以及节点处梁柱附加弯矩分布规律,对两榀按1:2.6缩尺的3层中心支撑钢框架进行了静力推覆试验。结果表明支撑失稳后楼层水平刚度明显降低,但由于人字形支撑受拉斜杆的存在,楼层能够维持足够的水平承载力。弹塑性层间侧移角远高于抗震规范要求,具有较大的延性系数和结构影响系数。支撑节点板附近的梁柱上存在附加弯矩,基于弹性极限状态,得到了附加弯矩指数的试验值。支撑端部深入节点板较多时,节点板在支撑失稳后以圆弧塑性铰线形式产生面外转动,仍具有高于支撑的极限承载力和塑性变形能力。结构屈服机制合理,体现为支撑屈曲或屈服在先,节点板屈服和梁柱屈服在后,符合抗震设计要求。     

中间支撑刚度对双跨梁屈曲稳定性的影响EI北大核心CSCD

研究了中间弹性支撑对受轴向压力的双跨梁屈曲稳定性的影响。分别采用整体以及分段方式建立了带中间弹性支撑的双跨梁模型,通过计算固有频率以及临界屈曲压力,相互验证了两种模型,并得到临界轴力随中间支撑刚度的变化规律。在此基础上,用整体梁模型分析双跨梁的静力学屈曲分岔现象,着重讨论了中间约束刚度对屈曲位形的影响。研究发现,在中间支撑刚度小于一个临界值时,随着支撑刚度的增加,虽然一阶屈曲位形逐渐远离简支屈曲梁的半周期正弦位形,但依然是稳定的;只是需要越来越高阶的截断,才能得到收敛的屈曲位形。而当中间支撑刚度超过临界值后,二阶位形变得稳定;仅采用单周期的正弦函数就能足够精确地描述屈曲位形,并且中间支撑刚度对临界轴力不再产生影响。该研究将为带中间支撑的梁或者管道设计提供理论指导。     

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。     

桁架受压腹杆的面外稳定和支撑体系

桁架受压腹杆在平面外的计算长度通常取其几何长度。然而在工程设计中，腹杆两端并不总是设有防止出平面位移的支撑构件。在未设支撑的情况下，两端节点实际上是弹性支承点，其弹簧刚度取决于在支点上相连的其它杆件。仅当弹性支承的刚度满足一定要求时腹杆平面外计算长度才等于其几何长度。本文分析弦杆对腹杆提供的约束刚度，并给出刚度不满足要求时的平面外计算长度。     

钢管混凝土哑铃形截面拱空间受力性能试验研究

进行了钢管混凝土哑铃形拱的面外受力性能试验,与钢管混凝土单圆管拱的面外试验进行了对比,采用经试验验证的有限元模型进行了面外极限承载力的参数分析。研究结果表明:模型拱面内以受压为主,而面外则是以跨中受面外弯矩为主,模型拱最后发生了整体面外失稳破坏,破坏时在跨中与拱脚截面材料进入塑性;模型拱的受力状态中,面外弯矩所占比重最大,约为71%~78%;其面外极限承载力小于面内极限承载力,下降的幅度与面内外荷载比、面外刚度以及截面类型有关;腹腔高度和宽度的增大引起哑铃形截面刚度和极限承载力增大,腹腔高度增大33%或宽度增大50%,模型拱的面外承载力增加约11%~17%或10%~14%;钢管混凝土哑铃形截面拱面外承载力计算方法的构筑中面外抗弯刚度是决定性参数,同时要综合考虑面内抗弯刚度和抗扭刚度的影响;而分支屈曲荷载与极限承载力的比值分析表明,实际工程中钢管混凝土哑铃形截面拱面外屈曲系数大于4是有安全保障的。     

多跨弹性支承连续矩形薄板屈曲分析

针对钢箱梁和混凝土薄壁箱梁受压翼缘的稳定问题,基于状态-空间向量法,提出了一种用于弹性支承连续矩形薄板弹性屈曲分析的计算方法。与有限条法结果对比,验证了该方法的可靠性。分析了跨间弹性支承刚度和布置以及荷载参数对屈曲的影响,结果表明:跨间弹性支承对连续矩形薄板屈曲影响明显,屈曲系数随着弹性支承刚度的增大呈非线性增长;等间距、等刚度布置弹性支承有利于板的稳定性,弹性支承的刚度或间距差别越大,对板的稳定性越不利;不同荷载工况下,弹性支承刚度-屈曲系数关系曲线的变化规律基本相同,弹性支承刚度较小时,荷载参数对屈曲系数影响显著,单向受压的屈曲系数可达双向等值受压的两倍。     

高强钢框架-屈曲约束支撑体系抗震性能研究

针对高强钢结构在抗震设计中存在的结构延性差、刚度小的问题,提出了高强钢框架-屈曲约束支撑结构.为研究此类结构的抗震性能,对2个足尺单榀单跨单层试件进行了拟静力加载试验,观测了结构在水平往复荷载下变形特征与破坏模式,分析了结构及构件滞回曲线特征,探讨了试件强度退化、刚度退化、塑性变形、耗能能力以及钢框架和屈曲约束支撑的承...     

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。     

全钢防屈曲支撑局部稳定性设计

外包约束构件的刚度和强度是保证防屈曲支撑(BRB)具有稳定承载力和足够延性的关键,设计时不仅要考虑整体失稳,也要考虑局部失稳。对于全钢防屈曲支撑,由于其缺乏混凝土的约束作用更容易发生局部屈曲。该文对全钢防屈曲支撑的局部稳定性进行研究。首先从理论上推导出内芯对外套管的挤压力表达式,继而针对一字形内芯全钢防屈曲支撑推导出其外套管承载力的表达式,最后将整体稳定性分析中的约束比概念拓展到局部稳定性中,得到保证全钢防屈曲支撑局部稳定的约束比表达式及其下限值。结果表明:此约束比与支撑厚度比、间厚比、内芯宽厚比、轴向应变等因素有关,在设计中应综合考虑。     

K-cor夹层结构的平压性能

采用欧拉杆屈曲模型,以端部约束系数 μ 定量表征夹层结构Z-pin端部结合程度, μ 取值越小,Z-pin端部和面板结合程度越高,压缩载荷下更不易失稳。以不同参数K/X-cor结构的压缩试验为背景,分别研究了Z-pin直径和折弯长度对压缩试验性能的影响。通过显微观察并利用"混合法则"比较了Z-pin直径对K/X-cor结构的增强效率。从减重方面考虑,探讨了折弯长度对K-cor结构比强度和比刚度的影响,并得到最优折弯长度半解析表达式。结果表明: K-cor结构中Z-pin增强效率高且对结构损伤小,远优于X-cor结构;其比强度和比刚度随折弯长度的增加呈先增加后降低的趋势,不同参数的K-cor结构折弯长度存在最佳值。     

高位转换防屈曲支撑减震结构支撑简化设计方法研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对高位转换结构体系的框支层的层间位移和结构等效侧向刚度的限制要求,采用等效侧向刚度计算方法,将高位转换防屈曲支撑减震结构分解成框撑剪力墙结构和纯剪力墙结构,结合框支结构位移计算方法,推导出了高位转换防屈曲支撑减震结构支撑合理弹性刚度的计算公式及设计方法。通过算例分析得出,采用本文推导出的计算高位转换防屈曲支撑减震结构的支撑弹性刚度计算公式和设计方法是可行的,并且该计算公式简单实用,可用于高位转换防屈曲支撑减震结构中支撑的初步设计。     

驶入式钢货架立柱计算长度系数分析

驶入式货架立柱在垂直货物通道方向上的计算长度系数受多种因素影响。首先,对于上端受水平位移约束而下端受扭转约束的单柱模型,推导了弹性屈曲荷载计算公式。计算结果表明,当模型中约束刚度较小时,约束刚度的变化对立柱计算长度系数产生明显影响。此后,采用有限元分析方法分析了单列立柱模型的弹性屈曲荷载,得到立柱的计算长度系数。柱列模型中的牛腿梁和荷载分布不均现象均可以提高模型的弹性屈曲荷载。基于数值计算结果,得到了立柱计算长度系数的简化计算公式。若已知立柱柱脚转动刚度和支撑体系侧向刚度,可由此公式计算立柱的计算长度系数。     

设有单根拉条滑动座连接檩条的稳定性分析

采用精确解析解方法研究了跨中设有拉条、与屋面板采用滑动座连接的檩条承受纯弯矩时的弯扭屈曲,檩条两端简支,屋面板对檩条提供均布弹性扭转约束,拉条提供侧向弹性支撑。求解得到了解析解,给出了檩条由对称屈曲转变为非对称屈曲对应的拉条门槛刚度的表达式,并讨论了檩条截面、跨度、扭转约束刚度大小、拉条刚度大小及拉条作用点高度等因素对门槛刚度和临界弯矩的影响。经过全范围算例计算,给出了临界弯矩简化表达式。研究发现,无论均布扭转约束多大,无拉条时檩条总是以一个正弦半波屈曲,从而呈现出与均布弹性地基上压杆的屈曲不一样的性质。