任意形状钢筋混凝土薄壁截面双轴压弯恢复力分析

将任意形状钢筋混凝土薄壁截面划分成适当数目的薄壁直边，通过建立薄壁边截面的面内弯矩及轴力与相应变形之间的切线刚度关系合成了整个截面的双轴压弯恢复力模型。该模型可作为钢筋混凝土高层及高耸结构空间弹塑性地震反应分析的本构关系。     

截面尺寸对冷弯薄壁槽形钢屈曲的影响

薄壁构件在轴向受压荷载作用下很容易由于屈曲而失效，但是冷弯薄壁型钢构件的屈曲又是一个复杂的过程。在此用有限条法分析了卷边C型截面钢构件的局部屈曲性能，较真实地反映了其受力的实际情况，得出了卷边C型截面钢构件各个截面参数变化对屈曲的影响。     

冷弯薄壁型钢构件的直接强度设计法

受压或受弯的冷弯薄壁卷边槽钢有板件局部屈曲，截面畸变屈曲和整体弯曲屈曲或弯扭屈曲三种模式。本文着重介绍板件的相关屈曲和计算截面畸变屈曲应力的方法并阐述了三种屈曲模式之间的相关关系。指出用传统的有效截面设计法计算受压和受弯冷弯薄壁卷边槽钢承载力的弊端，较详细地说明了用构件全截面计算的直接强度设计法。     

截面尺寸对冷弯薄壁槽形钢屈曲的影响

薄壁构件在轴向受压荷载作用下很容易由于屈曲而失效,但是冷弯薄壁型钢构件的屈曲又是一个复杂的过程。在此用有限条法分析了卷边C型截面钢构件的局部屈曲性能,较真实地反映了其受力的实际情况,得出了卷边C型截面钢构件各个截面参数变化对屈曲的影响。     

考虑畸变屈曲的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件设计可靠度分析

基于已有的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力试验研究结果,对不同牌号冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件考虑畸变屈曲的有效宽度法承载力计算模式不定性进行了分析,并统计了冷弯薄壁型钢强度不定性和几何特性不定性。在此基础上,采用改进一次二阶矩方法,按《冷弯型钢结构技术规范》(修订稿)的抗力分项系数要求,计算了不同牌号冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受压构件在不同可能荷载组合下的可靠指标。结果表明:对于LG550、S350、S280冷弯薄壁型钢卷边槽形截面受压构件,按《冷弯型钢结构技术规范》(修订稿)的抗力分项系数计算得到的可靠指标均能满足目标可靠指标的要求,证明了所采用的考虑畸变屈曲的有效宽度法计算构件承载力的适用性。     

高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件试验研究及承载力分析

对63根屈服强度550MPa高强冷弯薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件进行试验研究,分析了构件的屈曲模式和极限承载力,并将参考AISI规范、澳洲规范和北美规范及我国现行行业标准《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）计算的构件承载力与试验结果进行分析比较。在此基础上,对高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件的承载力合理计算模式进行研究。结果表明：高强超薄壁型钢卷边槽形截面轴压构件在宽厚比较大时会出现畸变屈曲模式;采用等效板件方法计算加劲板件有效宽度后,我国《低层冷弯薄壁型钢房屋建筑技术规程》（报批稿）适用于屈曲强度550MPa、厚度小于2.00mm的冷弯薄壁型钢卷边槽形截面构件承载力计算。     

加劲冷弯薄壁型钢Z形截面受弯构件有限元分析

为了研究卷边形式对加劲冷弯薄壁型钢Z形截面受弯构件抗弯承载力的影响,在纯弯和非纯弯状态下,对(短、长)直卷边和(短、长)斜卷边加劲冷弯薄壁型钢Z形截面构件进行了有限元分析,分析结果表明:卷边形式是影响构件抗弯承载力的重要因素,构件在非纯弯状态下的抗弯承载力均高于纯弯状态下的抗弯承载力。     

冷弯薄壁卷边槽钢偏心受压构件承载力计算的折减强度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢偏心受压构件的极限承载力,对13根偏心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并建立有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性;对典型截面构件进行大量的参数分析,研究截面尺寸、长细比、荷载作用点位置及材料特性等因素对卷边槽钢偏心受压构件极限承载力...     

冷弯薄壁卷边H型钢受弯构件局部屈曲分析

采用有限条软件CUFSM对200种不同截面几何参数的冷弯薄壁卷边H型钢在荷载作用下的局部屈曲应力进行计算,并利用构件的屈曲应力分析了不同的卷边宽厚比、截面宽高比、腹板高厚比、翼缘宽厚比对冷弯薄壁卷边H型钢局部屈曲性能的影响。在此基础上,提出了适用于求解冷弯薄壁卷边H型钢在荷载作用下局部屈曲应力的简化计算式,并将简化公式计算的结果与有限条法计算的结果进行对比,表明所提出的简化计算式具有很好的适用性和精确性。     

冷弯薄壁卷边槽钢檩条的有效截面分析

在分析比较Eurocode 3(EN 1993-1-3)和GB 50018—2002《冷弯薄壁型钢结构技术规范》的基础上,针对冷弯薄壁卷边槽钢檩条的有效截面进行探讨和对比分析。计算结果表明:GB 50018—2002计算有效截面模量相对保守,按Eurocode 3(EN 1993-1-3)计算相对合理。在满应力状况下,对于采用2 mm厚C180—C250规格的冷弯薄壁卷边槽钢檩条,有效截面模量的折减系数分别可取为0.9(Q235钢材)和0.8(Q345钢材)。     

薄壁空心钢箱混凝土墩抗震性能参数分析

为了研究薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能,借助OpenSees软件建立有限元模型进行分析计算,将计算结果与试验结果进行比较以验证模型的有效性。在此基础上,建立薄壁空心钢箱混凝土桥墩模型,分析了不同轴压比、长细比、截面空心率、截面含钢率、混凝土抗压强度以及钢材屈服强度对该类型桥墩滞回曲线、刚度退化曲线以及滞回骨架曲线的影响规律。结果表明:薄壁空心钢箱混凝土墩具有良好的抗震性能;轴压比和长细比对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能影响较大,建议薄壁空心钢箱混凝土墩轴压比控制在0.5左右,并且在合理范围内尽量减小长细比;截面空心率和截面含钢率对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能有一定影响;在一定范围内,增大空心率与含钢率可提高桥墩抗震性能;材料强度等级对薄壁空心钢箱混凝土墩的抗震性能影响相对较小,削弱混凝土强度并增大钢材屈服强度可小幅提高其抗震性能;研究成果对薄壁空心钢箱混凝土墩在工程实践中的应用具有一定的指导意义。     

对薄壁杆件扭转刚度矩阵的建议

指出了在高层建筑结构简化计算中使用的、用双曲函数表达的薄壁杆件扭转刚度矩阵在实用中可能出现的问题.介绍了另两种可统一考虑二次剪应力影响的扭转刚度矩阵表达式.通过数值算例的对比,建议推广应用计算结果稳定、运用范围广的陈伯真表达式.     

薄壁钢梁的曲线纤维优化设计工具

研究了用曲线纤维实现变刚度概念的薄壁组合梁可能的性能改进。钢梁的截面为封闭截面,模型中考虑了一些非典型作用如材料各向异性、横向剪力、翘曲限制和非均匀扭转的影响。控制方程由扩展的Hamilton原理导出,运用扩展的Galerkin方法对控制方程求解。给定几何特性和材料特性情况下,优化设计了承受不同荷载组合钢梁以承受最大极限承载力。给出了变刚度梁相对于常规的恒刚度梁的改进之处。     

Curvilinear fiber optimization tools for design thin walled beams

An investigation of the possible performance improvements of thin walled composite beams through the use of the variable stiffness concept with curvilinear fiber is presented. The beams are constructed from a single-cell closed cross section and a number of non-classical effects such as material anisotropy, transverse shear, warping inhibition and nonuniform torsional model are considered in the beam model. The governing equations were derived by means of the extended Hamilton's principle. Also the extended Galerkin's method is used to solve governing equations. Composite beams subjected to different loading with given geometry and material properties are optimized for maximum failure load. Improvements of variable-stiffness beams over conventional, constant-stiffness beams are also demonstrated.     

高强钢焊接箱形柱力学性能研究(Ⅱ)：二阶非弹性分析

高强钢的焊接残余应力分布和普通钢材的有较大差异,现有的切线模量和刚度退化函数不适合用于高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析。而精炼塑性铰模型通过切线模量和刚度退化函数可合理考虑残余应力的影响和塑性渐进发展,达到与塑性区模型相近的精度。基于此,提出适合高强钢焊接箱形截面的二阶非弹性分析方法。通过稳定函数考虑单元二阶效应,基于杆端部转动引起的构件弯曲及其导致的轴向应变,考虑弯曲效应。在精炼塑性铰模型中,采用高强钢焊接箱形截面的残余应力统一分布模型,通过截面分析法构建不同强度等级的焊接箱形截面切线模量计算公式。同时,分析轴力和弯矩共同作用下的渐进屈服对箱形截面刚度退化的影响,从而建立可模拟截面塑性发展的刚度退化函数。结合塑性铰的产生与发展对平衡微分方程解的影响,建立梁柱单元的弹塑性刚度矩阵。结果表明,所提出的二阶非弹性分析方法可准确分析高强钢焊接箱形截面轴压构件的力学性能,可应用于高强钢框架结构设计,为二阶非弹性分析方法的工程应用提供参考。     

钢-混凝土组合构件非线性分析

采用三次多项式分段模拟混凝土、钢筋和型钢材料的非线性本构关系 ,以平截面假定为基础 ,推导出双向偏压钢筋混凝土、钢骨混凝土及钢 -混凝土组合构件截面非线性分析通用公式 ,得到的截面割线、切线刚度矩阵是线性与非线性刚度矩阵的叠加。应用标准有限元方法和截面非线性刚度矩阵 ,推导出梁单元刚度表达式。所得到的表达式含义清晰、计算简便 ,分析结果与实验结果吻合很好     

基于拉压与翘扭插值函数几何非线性刚度矩阵

提出了翘曲扭转稳定函数的概念和计算公式,首次推导了基于扭转翘曲稳定插值函数的双轴对称开口轻型薄壁梁柱单元的翘曲扭转切线刚度矩阵,同时提出了基于拉压与翘扭稳定插值函数的轻钢梁柱单元空间几何非线性切线刚度矩阵。     

大型渡槽结构地震响应分析

大型渡槽槽身采用薄壁杆件结构,渡槽支架与槽身采用盆式橡胶支座连接,根据此结构特点,提出了大型渡槽结构地震响应分析模型.该模型综合考虑了渡槽槽身横向弯扭耦合振动、约束扭转变形、渡槽支架变形和盆式橡胶支座等对渡槽动力响应的影响.采用能量原理给出了渡槽梁段单元的刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵的表达式.具体计算了某大型渡槽的地震响应,计算结果表明本文模型计算渡槽结构的地震时程响应与大型结构分析程序SAP93计算的结果十分接近,但本文方法相当简单,计算工作量小,使用方便,是大型渡槽结构地震响应计算的实用模型.     

基于组合-分层壳元理论薄壁预应力混凝土结构的力学响应

基于组合-分层壳单元,建立薄壁预应力混凝土结构的计算模型,并对其力学行为进行分析。首先引入壳元理论,对薄壁结构进行壳元离散。并对壳元中的混凝土应用分层理论描述,对壳元中的钢筋单元采用大变形杆单元模拟。根据钢筋和混凝土在壳元内的位移协调条件,推导了整体转换矩阵后,将两者组合成一个单元,同时基于虚功原理推导了钢筋对组合壳元整体刚度矩阵的贡献。算例分析表明,本文方法的计算结果与已有的试验结果吻合良好,本文研究的组合壳元模型能适应钢筋的任意布置方式,能较全面地反映混凝土内钢筋的力学效应,数值计算稳定性良好,弥补了商用有限元软件非线性计算稳定性较差这一缺点。组合-分层壳元法为薄壁预应力混凝土结构提供了一种有效的分析方法。     

On the behavior of thin walled composite beams with stochastic properties under matrix cracking damage

Thin walled composite beam structures are prone to damage which results in change in the performance of these structures. The change in the performance due to damage may get confused with the variation in the performance due uncertainties in the properties of these structures. Here, the performances of the thin walled composite beam under matrix cracking damage having material uncertainties are studied. The cross-sectional stiffness properties are obtained using thin walled beam formulation, which is based on a mixed force and displacement method. The stochastic behaviors of material properties are obtained from previous experimental and analytical studies. The effects of matrix cracking are introduced through the changes in the extension, extension–bending and bending matrices of composites. The effects of matrix cracking on out-of-plane bending, inplane bending and torsion cross-sectional properties are studied at different crack densities for stochastic material properties. Further, the effects of matrix cracking and uncertainties on measurable properties such as deflections and frequencies are studied. Results show that the beam responses at different crack densities get mixed due to the material uncertainties. The estimates of variance obtained for observable system properties due to uncertainty can be used for developing more robust damage detection algorithms.