格构槽钢立柱轴压试验与有限元分析

以3 m长、6种不同壁厚(0.8 mm、1.0 mm、1.2 mm、1.5 mm、1.8 mm、2.0 mm)的格构槽钢立柱为研究对象,对其进行轴压试验,得到试件的受力性能、极限承载力和失稳形式,并进行了有限元分析和比较。结果表明:在轴压荷载作用下,较薄试件(0.8 mm)的单肢先发生局部屈曲,而后试件绕弱轴发生整体的弯曲失稳;其它厚度试件一般发生整体弯曲失稳。试件的荷载-位移关系曲线包括弹性、弹塑性和塑形破坏3个阶段,但弹塑性阶段表现得并不明显。典型试件荷载-位移曲线的有限元分析结果与试验数据十分接近,试件局部失稳和整体失稳模型的有限元分析与试验结果也十分相似。试件极限承载力的有限元分析结果与试验数据差别在10%以内,证明了有限元建模方法的合理性和正确性。     

FRP筋与混凝土粘结滑移数值模拟

目的对FRP筋与混凝土粘结滑移性能进行数值模拟.方法利用ANSYS非线性有限元程序,对混凝土、FRP筋以及两者之间的粘结滑移作用分别采用不同的单元类型,考虑各材料及其之间的本构关系,对FRP筋混凝土拉拔试件建立分离式的有限元模型,并对其进行计算分析,进一步将计算结果与试验结果进行对比分析.结果对比研究表明,拉拔试件的荷载-加载端、自由端滑移曲线与试验曲线相比,两者吻合较好,且荷载-加载端滑移曲线与试验曲线的吻合程度比自由端要好.另外,模拟得到的试件极限荷载、粘结应力峰值与试验结果均吻合较好,而其相对应的滑移计算值与试验结果相比略大.结论ANSYS非线性有限元程序能够有效地模拟FRP筋和混凝土之间的粘结滑移作用,可以得到较为准确的极限状态值,也能较为准确地模拟粘结滑移的真实受力过程.     

扇型圆管钢屋盖桁架节点性能研究

对东莞塘厦体育馆工程钢屋盖桁架扇型节点的焊接技术采取超现行行业规范标准,进行了3个足尺扇型节点的静力性能试验和有限元分析.讨论了试验的加载装置、实测结果和有限元计算结果,给出节点应力分布及钢屋盖桁架节点极限破坏荷载.研究表明,该钢屋盖桁架节点在设计荷载、2倍设计荷载作用下,具有足够的强度和刚度;有限元计算分析与试验实测结果具有相似性,说明有限计算能够较准确地了解钢节点受力状况.最后对提高该钢屋盖桁架扇型节点的焊接质量提出建议.     

内六角不锈钢螺栓连接承压承载力设计

为了得到内六角不锈钢螺栓连接节点承压承载力计算公式,考虑端距、边距和螺栓直径等相关影响因素,应用ABAQUS软件对42个模拟试件进行承压承载力有限元分析,提出了两种承压承载力设计公式.将提出的两种承压承载力设计公式与欧洲规范中承压承载力公式进行对比,结果表明,提出的两个承压承载力设计公式与欧洲规范承压承载力公式计算结果较接近,所提出的不锈钢螺栓连接承压承载力设计公式可作为相关设计计算依据.     

竖向梯形波纹腹板PEC柱轴压性能研究

本文将梯形波纹钢板引入PEC柱中,提出一种新型的PEC柱截面形式,这种截面形式可以克服平腹钢板面外刚度较低,容易屈曲且与混凝土粘结较弱的特点。为研究其轴压承载性能,设计并完成了5根不同长细比和不同横向系杆间距的竖向梯形波纹腹板PEC柱轴压试验,得到了其在轴压作用下的破坏形态、荷载-位移关系曲线、荷载-应变关系曲线等。通过试验研究表明,所有柱的破坏失效模式具有相似性,都表现为翼缘鼓曲和混凝土压碎失效。同时由横向系杆、翼缘、波纹腹板组成的约束形式能够较好的约束混凝土,提高其抗压强度,增强构件延性,提高变形能力。随着长细比增加,试件的初始刚度、峰值承载力均有所降低,但峰值后变形能力增强,延性较好。随着横向系杆间距的减小,试件的初始刚度、峰值荷载和延性系数均增大,试件具有更优越的轴心抗压性能。将有限元模拟结果与试验结果进行对比,在验证模型有效性的基础上,参考国内外相关规范,结合试验结果和有限元拓展分析结果,利用叠加原理拟合得到了适用于本文的竖向梯形波纹腹板PEC柱在轴心受压状态下的承载力计算公式。公式计算结果可靠度较高,且具有一定的安全储备,可为实际施工设计提供参考建议。     

新型外包钢-砼组合梁滑移及变形性能的试验

为研究新型外包钢-砼组合梁的钢－砼交界面相对滑移及变形性能,设计4根不同剪力连接系数足尺简支梁,其中1根为完全剪力连接组合梁,其余为部分剪力连接组合梁。通过对4根简支梁的试验研究,得到组合梁的荷载-滑移、荷载-挠度关系曲线。根据试验结果分析新型外包钢-砼组合梁交界面相对滑移发展的过程和分布规律。利用有限元分析软件ANSYS,对组合梁的交界面相对滑移性能进行了非线性有限元分析,提出剪力连接系数的合理范围。在基于现行规范的基础上提出了组合梁跨中挠度的建议计算公式。把有限元模型和建议公式的计算结果与试验结果进行比较,三者吻合良好。     

将台花园钢结构网壳焊接节点承载性能试验

将台花园网壳屋面系统采用了全焊接的钢结构节点,节点的六肢在空间交汇,几何形状不规则,为了检验节点的承载性能和安全储备,需要开展专门的加载试验研究.通过在矩形反力架上固定节点试件的三肢,对其余三肢进行轴向加载,控制轴向荷载的偏心实现设计荷载中的主弯矩施加,一共针对四个节点进行了试验研究.试验结果表明,节点可以安全承受设计荷载作用,且具有较大的安全储备.利用ANSYS建立考虑材料与几何非线性特性的有限元模型,对试验加载过程进行全过程模拟.有限元分析结果与试验数据吻合良好,验证了有限元模型的可靠性.加载试验研究可以较好地检验该类空间相贯节点的承载性能,所采用的研究方法能够为同类节点的设计与应用提供参考.     

K型圆管相贯节点的滞回性能分析及试验

节点作为空间结构最重要的组成部分,其在反复荷载作用下的荷载—变形曲线(滞回曲线)是对其延性、耗能能力、强度、刚度等力学性能的综合反映。对K型搭接相贯节点内隐藏焊缝焊与不焊两种模型在弦杆轴向往复荷载作用下进行试验研究和有限元模拟计算,对比分析得到节点试件的破坏模式和滞回曲线,同时有限元模拟分析所得结果和试验所得结果较为吻合。结果表明:隐藏焊缝焊接节点破坏时是局部的,最终是搭接管在焊缝处被拉断;不焊节点的破坏模式是焊缝整体破坏,隐藏焊缝不焊对节点承载力的影响不能忽视。通过有限元模拟分析来代替相贯节点滞回性能试验是可行的。     

混凝土柱-钢梁边节点受力性能非线性有限元分析

利用有限元程序对混凝土柱与钢梁组合节点受力性能进行了非线性有限元分析,并将计算结果与试验结果进行了对比,同时确定了有限元程序在本结构试验中的应用范围。分析结果表明,在荷载作用下钢梁的最大应力区域出现在钢梁与混凝土组合节点的角部翼缘处;在钢梁上设置对称的加劲肋能够改善试件的受力性能。     

腹板嵌入式组合梁抗弯性能理论和试验研究

提出了一种新型腹板嵌入式钢-混凝土组合梁,并对该组合梁的整体抗弯性能和抗剪性能进行了研究。首先阐述了腹板嵌入式钢-混凝土组合梁的构成、受力特点和主要优点,然后介绍了该组合梁的抗弯承载力、钢梁与混凝土翼板之间的滑移以及挠度计算公式。通过竖向荷载作用下的静力加载试验对4个腹板嵌入式钢-混凝土组合梁试件的抗弯承载力、滑移影响及破坏特征进行了足尺试验研究,并利用有限元方法对4个试件的试验结果进行了对比,最后将理论公式得到的腹板嵌入式钢-混凝土组合梁的抗弯承载力、滑移及挠度计算结果与试验及有限元分析的结果进行比较,验证了理论公式的可靠性。研究表明,腹板嵌入式钢-混凝土组合梁具有良好的整体抗弯性能及抗剪性能,能够节约钢材。     

超高强度钢材焊接箱形轴心受压柱整体稳定的有限元分析

目的运用有限元方法分析计算超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定受力特性的准确性和可靠性,以及残余应力的影响.方法运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,准确模拟构件的残余应力和几何初始缺陷,对11个超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱的整体稳定受力特性进行了有限元分析,并与相应的试验结果进行对比.结果有限元计算得到的承载力与试验实测结果的平均误差〈4%,且标准差〈5%.残余应力的2种变化对整体稳定承载力的影响〈3%.结论建立的有限元模型能够准确地分析计算超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性,为进一步运用该有限元模型对各种截面的超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性进行分析计算提供了正确性依据.残余应力的变化对超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定承载力的影响较小,可能采用比普通钢材钢柱高的整体稳定系数.     

冷弯薄壁型钢四肢拼合立柱轴压承载力设计方法

建立了考虑材料、几何和接触非线性的有限元模型,在对冷弯薄壁型钢四肢拼合截面立枉的轴压性能试验试件进行模拟分析,验证有限元方法正确性的基础上,对考虑长细比、截面翼缘宽厚比等因素的一系列试件进行了数值分析,并得到其轴压承载力。在相关规范“有效宽度法”和“直接强度法”的基础上,提出了冷弯薄壁型钢四肢拼合截面立柱轴压承载力的设计方法：有效计算长度法和修正系数法。研究结果表明：试件最终破坏均呈现局部屈曲和畸变屈曲的破坏模式;在未考虑计算长度系数折减的情况下,当长细比小于50时,各规范公式计算值均略低于试验值和有限元值,吻合较好,当长细比大于50时,公式计算结果过于保守。     

单边连接高强单角钢压杆试验研究和仿真分析

为了研究单边连接高强角钢在输电铁塔中的受力性能,以48根Q460高强角钢为研究对象,对高强角钢双向压弯受力性能进行了静力加载试验研究.研究了压杆不同长细比时高强角钢的破坏模式、承载力、变形性能、截面应变分布等受力状态.试验表明,构件绕连接肢发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形,小长细比试件大多为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲.有限元数值模拟了实际试件的受力性能,结果表明:有限元分析的极限承载力结果偏大,美国ASCE规范值偏于保守,试验值处于美国规范值和有限元分析值之间,且靠近于有限元值.在模型试验和仿真试验的基础上,提出了单边连接高强角钢等效长细比公式.因此,试验结果可以为Q460高强角钢设计提供依据.     

不锈钢薄板纵向受压的有限元模拟及受力性能

板件受压性能是构件力学性能研究的基础,不锈钢板件的受力性能与普通碳素钢存在较大不同.论文对不锈钢薄板纵向受压性能进行研究.根据既有试验结果建立不锈钢薄板纵向受压的有限元分析模型,通过数值分析得到其稳定曲线,提出不锈钢薄板受压极限承载力和箱型截面构件局部屈曲承载力的建议计算公式.研究表明,材料本构采用Quach方程所得数值模拟结果具有较高精度.     

复合材料加口盖柱壳的设计与分析

基于ABAQUS软件,建立了1/3复合材料加筋柱壳结构的有限元模型,并对其压缩性能进行了分析,结果表明:结构的破坏形式为压缩稳定性破坏。在此基础上,研究了口盖的材料、铺层、尺寸等对带口盖加筋柱壳压缩性能的影响,为满足工程需要提出了对柱壳结构开口尺寸及口盖设计的改进方法。通过对改进结构进行分析表明,将口盖铺层的纤维整体偏转25°,能够使柱壳屈曲载荷提高6.8%,口盖选用与基体结构相同的复合材料比选用金属材料好。在对质量要求不高的情况下,口盖材料可以用铝合金7075代替碳纤维复合材料。     

冷弯薄壁C型钢绕强轴偏心受压构件的极限承载力

冷弯薄壁型钢结构多采用有效截面法对构件承载力进行计算,该方法计算繁杂且未考虑构件的畸变屈曲性能。直接强度法采用全截面计算各类参数,能够考虑各种单独屈曲模式及其相关屈曲对构件稳定性能的影响,但目前该方法并不能应用于压弯构件。对冷弯薄壁C形钢绕强轴偏压构件的稳定性能进行参数分析,探讨了构件长度、偏心距、腹板高厚比、翼缘宽厚比和卷边高厚比等因素对构件承载力的影响规律。结合有限元分析结果,基于轴压构件和纯弯构件的直接强度法公式,提出了冷弯薄壁型钢绕强轴偏压构件的极限承载力计算方法。     

钢框架焊接节点局部屈曲累积损伤分析

为解决试验和三维有限元方法在模拟结构地震作用下的局限性,在构件阶段寻找损伤退化的影响因素以及退化特征对改进杆系模型计算的准确性显得尤为重要. 采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟静力试验,验证了建立的有限元模型对模拟局部屈曲的准确性和适用性. 通过算例参数分析,对钢框架梁柱节点局部屈曲累积损伤现象进行深入探讨,得到节点局部屈曲累积损伤退化分布曲线形式并分析影响因素,进而得到节点强度退化的规律,为提出考虑损伤退化的杆系模型提供有力的工具. 参数分析结果表明：剪切域强弱以及板件宽厚比对于节点的破坏模式有较大影响. 通过局部加强,改变节点的破坏模式,可以有效提高结构的延性和耗能能力,防止结构由于焊缝开裂导致提前破坏,在大震作用下退化程度快进而严重影响结构的整体受力性能.     

Analysis of lateral stability of I-section aluminum beams

This paper focuses on the lateral buckling of laterally-unrestrained aluminum beams subjected to a concentrated, uniformly loading and pure-bending action. The design methods of lateral stability of aluminum beams in the current codes are discussed. The influence of material property on the lateral buckling of aluminum beams is investigated with finite element analysis (FEA) methods. Some numerical examples are given, and the results from current codes are compared with the FEA solutions. The design method on lateral stability of steel beams specified in the Chinese standard GB 50017-2003 is modified to calibrate the stability factors of aluminum beams according to the European code, British code, and American code, and the modified method is verified by FEA results. Through comparison with the available test results, the modified design method for overall stability of aluminum bending members is proposed in this paper and proved applicable in the design of lateral stability of aluminum beams.     

运用ANSYS分析超高强度钢材钢柱整体稳定特性

通过运用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,对5个超高强度钢材焊接工形截面轴心受压柱的整体稳定受力特性进行有限元分析。详细地介绍了建立有限元模型的具体方法,给出了分析其整体稳定特性的求解全过程,提出了输入构件几何初始缺陷和模拟截面残余应力的方法。通过将有限元计算结果与相应的试验结果进行对比,验证了本文建立的有限元模型的有效性。计算结果还表明,残余应力的变化对超高强度钢材焊接工形截面轴心受压柱整体稳定承载力的影响较小。     

铝合金梁中腹板受弯屈曲的设计方法

针对铝合金梁中可能出现的腹板受弯屈曲,通过有限元方法研究了铝合金受弯板件的稳定性。对比了国外规范设计方法的计算结果与有限元计算结果,讨论了现有的各种方法的优点和存在的问题。根据有限元的计算结果,参考国外规范的设计方法,对我国钢结构规范中的相关设计公式进行适当修改,给出了铝板受弯屈曲的屈曲强度和屈曲后强度的计算方法。结果表明：提出的设计方法在计算铝板受弯的屈曲强度和屈曲后强度时可以得到准确而偏于安全的结果,该方法适用于铝合金受弯板件局部稳定性的设计。