焊接楔形波纹腹板工字钢梁整体稳定性能研究

建立焊接楔形波纹腹板工字钢简支梁在不等端弯矩作用下的平衡微分方程,并采用有限积分法编写程序求解,提出楔形波纹腹板工字钢简支梁在不等端弯矩作用下临界弯矩的建议公式。将拟合公式计算结果与ANSYS特征屈曲分析进行比较,表明ANSYS特征屈曲分析与弹性理论吻合较好。利用ANSYS特征屈曲分析,拟合得到楔形波纹腹板工字钢简支梁和悬臂梁在6种典型荷载工况(集中荷载和均布荷载分别作用于上翼缘、剪心、下翼缘)下弹性临界弯矩的实用设计公式。在此基础上,通过ANSYS弹塑性稳定分析提出并验证楔形波纹腹板H型钢梁弹塑性稳定极限承载能力计算公式。最后进行5根楔形波纹腹板工字钢悬臂梁在自由端上翼缘单点加载的整体稳定试验,并将试验结果与ANSYS弹塑性分析结果及实用设计公式的计算结果进行对比,验证ANSYS有限元分析的合理性以及实用设计公式的可靠性。     

工字梁在弯矩和均布荷载作用下的整体稳定

利用ANSYS通用有限元分析软件,分别计算了5种跨度为6,8,9,10,12m的工字梁在一端弯矩和上翼缘横向均布荷载共同作用下的整体失稳。根据有限元分析结果,拟合了双轴对称等截面工字梁在一端弯矩和上翼缘横向均布荷载共同作用下的等效临界弯矩系数βb的回归公式,以期为GB50017-2003《钢结构设计规范》充实等效临界弯矩系数的计算公式提供参考。     

波浪腹板H型钢柱弱轴弹性整体稳定性能研究

为研究波浪腹板H型钢柱绕弱轴的弹性整体稳定性,采用Timoshenko能量法推导出了轴心受压情况下波浪腹板H型钢柱的弹性临界荷载计算公式,分析了构件各参数对波浪腹板H型钢柱临界荷载的影响,并将本文公式结果分别与直腹板H型钢柱、其他学者得到的弹性临界荷载公式进行了对比。研究表明,波浪腹板H型钢柱的弹性临界荷载随着柱高的增大呈抛物线下降。波浪腹板H型钢柱的临界荷载高于直腹板H型钢柱,且随波幅的增大而增大,波长的变化则影响很小。忽略波浪腹板对截面惯性矩的贡献会低估临界荷载值,腹板厚度越大,偏差越大。本文提出的公式形式简单,使用方便,精度高。     

连续开孔实腹梁整体稳定性计算方法

为研究腹板开孔H型钢梁在纯弯荷载作用下的整体稳定性,采用翼缘和腹板刚度分离的方法,从理论上推导出带有连续正方形孔洞的H型钢梁的抗侧刚度、自由扭转刚度和翘曲刚度计算方法,得到其弯扭屈曲临界弯矩表达式。利用有限元软件ABAQUS对相同截面不同跨度的H型钢实腹梁在纯弯荷载作用下的弯扭屈曲临界弯矩进行分析,并将有限元模拟结果和规范计算结果进行对比。采用经验证的有限元模型对带有连续正方形孔洞的H型钢梁进行分析,并将有限元模拟结果与推导公式的计算结果进行对比。以现有规范为基础,推导出带有连续正方形孔洞的H型钢梁的弯扭屈曲临界弯矩实用计算公式。结果表明:连续开孔梁实用计算公式具有较高的精确度。     

正弦波纹腹板工形截面悬臂钢梁的弹性整体稳定研究

分析了上翼缘作用均布荷载的正弦波纹腹板悬臂钢梁的整体稳定性能影响因素,并对构件的弹性弯扭屈曲荷载的计算方法进行了探究。借助有限元分析软件ABAQUS计算了构件弹性弯扭屈曲临界荷载,比较了不同情况下构件的弹性弯扭屈曲临界荷载,确定了影响因素及影响大小。尝试根据已有的研究寻找计算正弦波纹腹板悬臂钢梁的稳定承载力的方法,并将计算结果与有限元解进行了对比,检验了计算方法的可行性。结果表明:腹板波长对波纹腹板悬臂钢梁整体稳定性能影响最大,腹板波长变化几乎没有影响;减小翼缘尺寸能够凸显出波纹腹板悬臂钢梁的优势;根据已有理论计算正弦波纹腹板悬臂钢梁的整体稳定存在较多问题。     

波折腹板H形截面梁的有限元分析

波折钢腹板相对于平直钢腹板具有优异的抗屈曲性能和良好的局部稳定性.利用ANSYS有限元软件分别建立了波折腹板H形截面梁和平直腹板H形截面梁的有限元模型,通过对比总结分析两种梁在轴压力、弯矩和剪力作用下的截面应力分布情况的差异,得出波折腹板H形截面梁在轴压力和弯矩作用下由翼缘承担大部分荷载,在剪力作用下由腹板承担大部分荷载.得到的结果可以为相关结构设计提供一定的参考.     

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。     

考虑界面滑移效应的波形钢腹板箱梁解析解

为研究界面滑移效应对改进型波形钢腹板箱梁的影响,考虑腹板剪切变形及截面轴力自平衡条件建立了组合箱梁桥的控制微分方程,进而推导出简支箱梁的滑移位移函数和翼缘板最大纵向位移差函数表达式。以受均布荷载的改进型波形腹板组合箱梁为算例,基于箱梁荷载工况和边界条件,得到了组合箱梁桥挠度、上下翼缘板截面正应力和剪滞系数表达式。利用有限元软件,通过在翼缘和腹板间添加弹性连接单元模拟滑移效应,验证提出的理论方法的正确性。最后,采用推导的理论公式研究了剪切抗滑移刚度对组合箱梁桥截面正应力、剪滞系数和挠度的影响规律。结果表明：理论解与有限元模拟结果吻合较好,提出的理论公式可用于结构设计或软件开发;剪切抗滑移刚度对组合箱梁翼缘截面正应力及挠度影响较大;在均布荷载作用下,与不考虑滑移效应相比,考虑滑移效应后的上翼缘截面正应力减小7.44%,下翼缘截面正应力增大6.79%,箱梁桥跨中挠度增大8.8%;剪切抗滑移刚度对组合箱梁翼缘板剪滞系数的影响较小,影响幅度在1%以内。     

波浪腹板梁平面外稳定承载力设计理论与试验研究

目前国外对波浪腹板梁的平面外稳定设计问题主要采用简化计算模型,缺乏精确的设计公式。从构件的截面翘曲惯性矩计算方法出发,提出波浪腹板梁临界弯矩的精确计算方法。有限元分析结果显示,仅在腹板波幅较大时,腹板波浪对构件的临界弯矩有明显影响。在此基础上提出波浪腹板梁弯扭屈曲稳定系数的一般计算方法。通过大量的有限元算例分析,以及与现有各国规范对工形截面梁面外稳定设计方法的比较,建议采用澳洲规范中的方法来确定构件弹塑性稳定系数与弹性稳定系数之间的关系。三根波浪腹板梁平面外稳定承载力试验结果与有限元分析吻合较好,验证了建议的设计方法的合理性。     

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁负弯矩区有效翼缘宽度分析

外包内翻U形钢-混凝土简支组合梁作为一种新型组合梁,其负弯矩区有效翼缘宽度被研究得甚少。为了探索该种新型组合梁负弯矩区有效翼缘宽度的影响因素,在本课题组负弯矩区受弯性能试验研究的基础上,采用有限元软件ABAQUS分析了有效翼缘宽度的变化规律,并针对跨中截面详细研究了荷载类型、宽跨比（bf/L0）和高厚比（h/hf）对弹性和弹塑性阶段有效翼缘宽度的影响规律。研究结果表明：不同荷载类型下,均布荷载作用下的有效翼缘宽度大于非均布荷载作用下的有效翼缘宽度;当bf/L0<0.40时,有效翼缘宽度系数β近似等于1.00且不随宽跨比变化,当0.40≤bf/L0≤1.00时,β随宽跨比的增大而近似线性减小,弹塑性阶段的β略大于弹性阶段的β,且减小率小于后者;高厚比对有效翼缘宽度的影响可以忽略。基于有限元分析结果,提出了有效翼缘宽度的简化计算公式,并与《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）中的公式进行了对比。对比结果表明：相较于《钢结构设计标准》（GB 50017—2017）的计算结果,本文公式的计算结果与有限元计算结果吻合得更好;规范计算结果与另外2种方法的计算结果差别较大,偏于保守。     

梯形波纹腹板钢梁横向弯矩有限元分析

横向弯矩存在于梯形波纹腹板钢梁翼缘,在梯形波纹腹板钢梁弹性抗弯强度计算中,是否考虑翼缘横向弯矩的影响,涉及结构计算与设计的合理与安全。本文运用ANSYS有限元软件计算分析弹性范围内翼缘横向弯矩对梯形波纹腹板钢梁抗弯强度的影响,并对影响参数进行了论述。对有限元分析与理论公式进行了计算对比,两种方法的合理性得到相互论证。可运用上述两种计算方法确定是否在弹性抗弯强度计算中考虑翼缘横向弯矩的影响。     

梯形波纹腹板钢梁弹性抗弯强度计算分析

梯形波纹腹板钢梁存在翼缘横向弯矩。在梯形波纹腹板钢梁弹性抗弯强度计算中,现行中国相关规程没有考虑翼缘横向弯矩的影响,其合理性值得研究。运用ANSYS有限元软件计算梯形波纹腹板钢梁翼缘弹性正应力,在正应力与弯矩分析基础上,得到翼缘横向弯矩对梯形波纹腹板钢梁弹性抗弯强度影响值。开展了对多个试件(包含中国相关规程推荐的波形试件)的计算,结果表明:翼缘横向弯矩对不同波形试件弹性抗弯强度存在不同程度的影响,若忽视翼缘横向弯矩,则计算偏于不安全。     

波折腹板工形构件截面承载力设计方法

从波折腹板工形构件的受力机理出发,利用有限元软件ANSYS计算了波折腹板工形构件在轴压力作用、弯矩作用和剪力作用下的承载力。通过分析其截面应力分布情况,得出了波折腹板工形构件在轴压力作用和弯矩作用下由翼缘承受绝大部分荷载,在剪力作用下由腹板承受绝大部分荷载的结论,并提出了合理的截面承载力计算模型。所得结论可作为波折腹板工形构件截面承载力计算的依据。     

梯形波纹腹板钢梁弹性局部剪切屈曲计算分析

与平腹板钢梁相比,梯形波纹腹板钢梁腹板局部剪切屈曲性能有所提高。弹性局部剪切屈曲是梯形波纹腹板钢梁设计计算基础,本文运用ANSYS有限元计算分析梯形波纹腹板钢梁弹性局部剪切屈曲,并与经典公式进行计算对比,发现经典公式计算值与ANSYS有限元计算结果存在较大偏差。由于存在"手风琴效应",腹板承担的弯矩相对较小,以致在腹板局部剪切屈曲计算中通常被忽视,这种方法是否适用于所有梯形波纹腹板钢梁及其所造成的计算偏差值得研究。本文从荷载条件、波折角大小、腹板尺寸以及翼缘尺寸等方面对影响梯形波纹腹板弹性局部剪切屈曲的因素进行计算分析。分析表明,上述影响因素与腹板弯矩相关,而腹板弯矩的存在将影响腹板弹性局部剪切屈曲。     

加强上翼缘单轴对称工字型双跨连续钢梁整体稳定性分析

利用有限元分析软件ANSYS,建立了加强上翼缘单轴对称工字型双跨连续钢梁的有限元分析模型,针对集中荷载作用下的双跨连续钢梁的整体稳定性,进行了特征值屈曲分析.结果表明:双跨连续钢梁临界荷载值远高于相应简支钢梁的临界荷载值,双跨连续钢梁的整体稳定性受跨中集中荷载比的影响较大.     

不同波纹腹板钢梁弹塑性整体稳定性能对比分析

基于有限元分析软件对用钢量相同的折线形、梯形、正弦曲线形波纹腹板钢梁进行了弹塑性非线性分析,同时考虑了几何初始缺陷以及几何非线性和材料非线性,并综合考虑了腹板厚度、钢梁高度、波纹周期等几何参数变化对钢梁弹塑性整体稳定性能的影响。通过非线性屈曲分析,对比分析了3种波纹腹板钢梁的弹塑性整体稳定临界荷载、荷载-侧向位移曲线以及临界荷载时的钢梁上翼缘的应力分布。结果表明,用钢量相同的3种波纹腹板钢梁,折线形波纹腹板钢梁弹塑性整体稳定承载力较梯形和正弦曲线形高。     

波纹腹板H形钢空间节点静力性能研究

以某实际工程为背景,进行了一个波纹腹板H形钢空间节点的静力试验,考察了两种连接构造形式,并通过试验研究了该空间节点的力学性能和连接构造的合理性。应用波纹腹板H形钢梁的简化计算公式,分析了试验节点钢梁在弹性阶段的关键截面应力值,并将其计算结果与试验结果进行了对比,验证了该公式的合理性。静力试验结果表明,该空间节点的最终破坏发生在全焊连接的上翼缘对接焊缝处,破坏荷载是设计荷载的2.3倍;但由于发生了受拉翼缘断裂的脆性破坏,破坏截面弯矩仅达到极限抗弯承载力的74%,这是焊缝交汇处应力集中和波纹腹板偏心集中力共同作用的结果。两种连接构造形式中,将拼接位置置于平腹板梁段的栓焊混合连接形式性能更优,可用于实际工程。     

加强上翼缘单轴对称工字型双跨连续钢梁整体稳定性分析

本文利用有限元分析软件ANSYS,建立了加强上翼缘单轴对称工字型双跨连续钢梁的有限元分析模型,针对集中荷载作用下的双跨连续钢梁的整体稳定性,进行了特征值屈曲分析。结果表明:双跨连续钢梁临界荷载值远高于相应简支钢梁的临界荷载值,双跨连续钢梁的整体稳定性受跨中集中荷载比的影响较大。     

双跨连续钢梁整体稳定性研究

为了便于计算双跨工字型连续钢梁的弹性临界弯矩,基于各种荷载形式下简支钢梁的临界弯矩计算公式,采用ABAQUS有限元分析软件对双轴对称工字型两跨连续钢梁与相应简支钢梁的临界弯矩进行了分析对比,拟合出了双跨连续钢梁临界弯矩的修正系数,得出了双轴对称工字型双跨连续钢梁的临界弯矩计算公式。     

工字形截面钢连续梁负弯矩区的稳定性

本文对上翼缘有混凝土楼板的工字形截面钢连续梁和框架梁在负弯矩区的稳定性进行了弹性屈曲分析。采用能量法得了两端简支纯弯组合梁下翼缘畸变失稳的弹性临界应力,在屈曲半波数为1时引入修正系数1,并在1中考虑不同支座约束的影响。分析了不等端弯矩对于临界荷载的影响,提出了考虑不等弯矩分布有利影响的临界应力增大系数βm的计算公式。通过有限元方法对提出的公式进行了对比,表明公式有良好的精度,大多数情况下偏于安全。