工业建筑重型钢桁架整体稳定性分析

为分析重型钢桁架在横向荷载作用下的整体稳定性能,进而得到稳定系数公式,利用ABAQUS有限元程序建立基于梁单元的数值模型,通过线性屈曲分析确定钢桁架的合理初始几何缺陷形式,对其进行非线性荷载-位移全过程分析.探讨了上弦杆不同面外长细比时桁架整体稳定系数的变化规律,给出了稳定系数表达式,结果表明上弦杆面外长细比越小稳定系数增长的越快,并逐渐由失稳破坏转为强度破坏.在此基础上,考虑钢材强度、上下弦杆截面不等、荷载作用位置以及高跨比等参数的影响,以包络线形式给出了修正后的桁架整体稳定系数公式.     

考虑节点刚度的圆钢管混凝土桁架受压腹杆计算长度分析

为考虑节点刚度对钢管混凝土桁架中受压腹杆计算长度的影响,对圆钢管混凝土T/Y型节点在平面内弯矩作用下的抗弯刚度进行了数值研究,比较了空钢管节点和内填充混凝土钢管节点的抗弯刚度的差异,建立了钢管混凝土节点的抗弯刚度参数计算公式,给出了考虑节点刚度的受压腹杆的计算长度。研究表明:空钢管节点的弦杆内填充混凝土后,节点的抗弯刚度有明显的提高,节点刚度取决于弦杆的径向刚度和弦杆、腹杆相贯面的表面积;节点刚度随β、τ的增大而提高,随γ、θ的增大而降低;受压钢管腹杆的计算长度沿用《钢结构设计规范》可能偏于保守;对于上、下弦杆均为圆钢管混凝土杆件的桁架,受压腹杆的计算长度可近似的取0.7l。     

节点板在支撑轴压力作用下的稳定分析

为研究支撑框架结构中与梁柱连接的支撑节点板受压稳定性和影响因素,并给出节点板稳定验算的合理方法,对不同规格的节点板进行特征值分析和全过程双重非线性分析.通过按特征值分析得到的节点板弹性稳定承载力,反推出节点板板柱模型的计算长度系数,得到关键参数对板柱计算长度系数的影响规律,给出简单实用的计算长度系数双线性表达式.通过支撑板式连接节点的非线性分析,得到不同参数下节点板稳定承载力的精确值,在分析其变化规律的同时,验证了按所提计算长度系数表达式确定节点板稳定承载力的合理性.     

直接焊接KT型搭接方管节点破坏类型的有限元分析

利用ANSYS程序对KT型搭接方管节点的破坏类型进行了有限元分析,主要分析了支杆与弦杆边长比、弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比对节点破坏类型的影响。分析得出节点主要发生4种类型的破坏：受拉支杆一侧弦杆上表面局部屈曲破坏;弦杆上表面塑性破坏;受拉支杆强度破坏;弦杆弯曲破坏。弦杆无轴压作用时,弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比越小节点越易于发生第3类破坏,支杆与弦杆边长比为大值或小值时发生第3类破坏的节点均多于支杆与弦杆边长比为中间值的情况。弦杆有轴压作用时,随弦杆宽厚比、支杆与弦杆厚度比增大,节点由较多发生第3类破坏过渡到第2类破坏,最后到第1类破坏。随着支杆与弦杆边长比增大,发生第1类破坏的增多,支杆与弦杆边长比为0．8的部分节点发生了第4类破坏。     

K型、KK型部分搭接方管节点极限承载力的对比分析

目的为了得到参数对应的K型、KK型部分搭接方管节点承载力对应关系,建立合理的KK型搭接方管节点承载力计算方法.方法采用ANSYS程序进行了93对K型、KK型部分搭接方管节点的弹塑性大挠度有限元分析.分析了管节点的塑性区扩展过程和破坏模式,比较了两种加载模式下节点的性能.研究了KK型节点和K型节点极限承载力之比(即空间作用系数)随节点几何参数的变化规律.结果通过多元线性回归,得到了体现主要几何参数影响的节点空间作用系数公式.将回归公式与有限元计算结果进行了对比分析,验证了公式有较好的精度.结论可以通过将K型部分搭接方管节点的极限承载力乘以空间作用系数得到参数对应的KK型节点的极限承载力.     

弦杆弯折对圆钢管节点抗弯承载力的影响分析

对弦杆为折杆的圆钢管T型相贯节点平面内抗弯极限承载力研究的必要性和国内外目前的研究现状作了简述.对该类节点的平面内抗弯承载力破坏准则做出了定义.通过弦杆为直杆的T型节点平面内抗弯承载力有限元计算结果与《空心管结构连接设计指南》计算值比较,认为可以利用经过试验验证的板壳有限元方法进行弦杆为折杆的T型节点平面内抗弯极限承载力分析.研究结果表明,随弦杆弯折角度Ф值的增大节点抗弯极限承载力增大.弯折角度30°以内可以忽略由于弦杆弯折带来的节点抗弯承载力提高.通过单参数分析各参数对平面内抗弯承载力的作用趋势和影响大小.在一定的几何参数条件下,节点抗弯承载力大于杆件抗弯承载力.     

弦杆弯折对圆钢管节点抗弯承载力的影响分析

对弦杆为折杆的圆钢管T型相贯节点平面内抗弯极限承载力研究的必要性和国内外目前的研究现状作了简述。对该类节点的平面内抗弯承载力破坏准则做出了定义。通过弦杆为直杆的T型节点平面内抗弯承载力有限元计算结果与《空心管结构连接设计指南》计算值比较,认为可以利用经过试验验证的板壳有限元方法进行弦杆为折杆的T型节点平面内抗弯极限承载力分析。研究结果表明,随弦杆弯折角度Φ值的增大节点抗弯极限承载力增大,弯折角度30°以内可以忽略由于弦杆弯折带来的节点抗弯承载力提高。通过单参数分析各参数对平面内抗弯承载力的作用趋势和影响大小。在一定的几何参数条件下,节点抗弯承载力大于杆件抗弯承载力。     

不等宽T型方钢管节点初始抗弯刚度计算

为了在结构分析中考虑节点抗弯刚度的影响,建立了节点初始抗弯刚度分析模型.采用考虑几何非线性及材料非线性影响的有限元分析方法,对不等宽T型方管节点的抗弯性能进行了研究,得到了支主杆宽度比、高宽比、主杆截面高度及壁厚对节点抗弯刚度的影响规律.在参数分析的基础上给出节点初始刚度计算公式.在计算节点强度的塑性铰线模型的基础上建立了节点初始抗弯刚度计算模型,得到了节点抗弯刚度计算公式.与有限元计算结果及其他研究者计算结果比较表明:本文提出的分析模型是合理可行的.     

一杆等宽K型间隙方管节点静力工作性能研究

为研究焊接矩形管结构设计中的关键问题——节点受力性能,利用非线性有限元分析方法,采用典型节点分析与较大规模几何参数分析相结合的研究手段,对一杆等宽β_2≤0.8的间隙 K 型方管节点的静力工作性能进行了研究.不仅跟踪了节点荷载-位移曲线的全过程,而且全面考察了主要参数对节点刚度、极限承载力、变形、失效模式等方面的影响,并将分析结果与 CIDECT 公式计算结果相比较,得出控制此类节点的失效模式主要是弦杆表面塑性失效、弦杆整体剪切失效以及二者破坏形式的混合模式.     

K型外套强化矩管桁架节点滞回性能与恢复力模型

为研究焊接外套强化K型矩管桁架节点滞回性能与恢复力模型,基于ADINA,采用引入微动力阻尼系数的非线性Full Newton-Raphson方法进行了节点滞回承载能力数值分析。考虑材料弹塑性、屈曲大变形、撕裂失效等非线性影响因素,得出了用以评价节点抗震性能的骨架曲线、延性系数等主要指标;结合外套管长度、厚度和支管与主管的宽度比等主要影响参数,分析了外套强化节点滞回性能的变化规律,进一步提出节点恢复力模型。     

完全叠接管节点应力应变集中因子的实验研究

通过实验研究了完全叠接管节点在轴力、平面内弯矩和平面外弯矩作用下的应力和应变集中因子。结果表明,在轴力和平面外弯矩作用下,完全叠接管节点试件的最大应变集中因子产生在靠近L支管的T支管的鞍部;而在平面内弯矩作用下,该管节点试件的最大应变集中因子产生在L支管的冠跟部。实验结果还发现,在平面内弯矩和平面外弯矩作用下弦管和T支管交接处的应变集中因子几乎可以忽略。通过对实验所得应变集中因子和现有的T/Y管节点应力集中因子参数方程进行比较,结果显示,利用现有的T/Y管节点应力集中因子参数方程来进行完全叠接管节点的疲劳设计是不合理的。     

张弦立体桁架抗扭刚度对结构稳定性能的影响

以某实际张弦立体桁架结构为基础,通过在结构中布置不同数量的连系桁架形成4个计算模型.计算这4个模型在不同矢高、垂距、桁架高度、拉索截面及其预应力情况下的失稳模式,结果显示所有情况下结构失稳时立体桁架均发生明显的扭转变形.利用理论分析方法及有限元法研究立体桁架的抗扭刚度及其对结构稳定性的影响,发现张弦立体桁架结构的稳定承载力会随着立体桁架扭转刚度的增加而增加.当立体桁架上弦仅有横向支撑时,结构的扭转刚度主要取决于横撑的弯曲刚度,此时须保证横撑与主管刚性连接,否则立体桁架在扭矩作用下可能形成局部瞬变体系而丧失抗扭转能力.在横撑基础上附加斜向支撑是解决瞬变问题的有效方法,研究表明斜撑可以极大地提高结构的抗扭刚度,进而提升张弦立体桁架结构的整体稳定承载力.     

高强方钢管轻骨料混凝土桁架加劲T型节点试验

为考察支主管间设置的加劲板构造和支主管截面宽度比对高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点破坏模式、承载力、连接区应力和应变的分布及演化等受力性能的影响,对加劲节点和常规节点进行了支管轴压静力加载试验.试验结果表明:高强方钢管轻骨料混凝土桁架T型节点的典型破坏模式有连接区主管受压上翼缘凹陷、主管腹板凸曲、主管弯曲、支管侧倾失稳、加劲板屈曲、支主管焊缝开裂和加劲板与支管焊缝开裂等.常规节点的承载力取决于支管根部及其焊缝的承载强度和连接区主管上翼缘的局部承压强度,其荷载-位移曲线形成流塑平台.加劲节点的承载力取决于包括加劲板扩散效应的支管根部及其焊缝的承载强度、连接区主管上翼缘扩散承压强度和加劲板屈曲强度,其荷载-位移曲线呈渐变上升趋势,没有屈服平台.加劲板明显提高了T型节点的承载力,加劲节点的屈服承载力和极限承载力较常规节点分别提高10.0%~40.0％和15.0％~48.3％,加劲节点的承载力随支主管截面宽度比的增加而提高.     

主方支圆间隙K型相贯节点极限承载力的有限元分析

对27个主方支圆间隙K型相贯节点进行了非线性有限元分析。考察了支管宽度主管直径比、主管径厚比以及支主管厚度比对节点破坏模式和极限承载力的影响，结果可供设计人员参考。     

损伤拉索的垂度效应分析

首先引入损伤程度、损伤位置及损伤范围3个参数,用以描述拉索损伤状态的特征,然后建立损伤拉索垂度效应分析的方程。在此基础上,采用数值计算方法分析了不同几何形态、不同损伤状态的拉索垂度效应受纵横比和弦向长度等相关参数的影响规律,对比了垂度的精确计算值和垂度公式计算值间的误差。结果表明：垂度随纵横比变化的敏感区间为[0．997,1．003],在此区间内损伤拉索跨中垂度逐渐增大,但是损伤前后垂度增长幅度逐渐减小;纵横比在[0．995,0．999）区间内,纵横比越大,误差越大;同一纵横比下,弦向长度越大,则采用现有垂度公式计算损伤拉索垂度所产生的相对误差就越大,但是最大相对误差小于1．7％;弦向长度为300m、纵横比为0．997的拉索在损伤范围内垂度增量小于0．35m,相对误差小于1．2％,说明现有垂度公式具有较高计算精度。     

N型圆钢管加强节点的试验研究与数值模拟

对承受支管轴力和主管轴力的N型圆钢管相贯节点(JD-A)、主管填充混凝土节点(JD-B)试件进行了极限承载力对比试验.综合比较了两种节点在破坏模式、受压支管轴力-主管管壁变形关系、主管管壁等效应力分布和极限承载力等方面的差异.研究结果表明,对主管填充混凝土能显著提高节点极限承载力.通过计算可知,试验极限承载力与有限元结果的比值在1.02左右,JD-A试件的试验结果与我国规范公式承载力计算结果的比值为1.04.     

双箱型空腹圆弧钢拱平面内稳定性分析

为研究新型双箱型空腹圆弧钢拱的平面内稳定特性,采用理论推导与有限元数值模拟相结合的方法,研究其平面内弹性屈曲及弹塑性稳定承载力,分析剪力对拱截面破坏模式的影响,并建立了平面内稳定承载力的设计方法。首先,根据拱截面的剪力分布情况,研究了双箱型空腹圆弧钢拱截面整体剪切变形及弦腹杆剪切变形对平面内弹性屈曲的影响;推导出了考虑双剪切变形影响时,双箱型空腹圆弧钢拱的纯压弹性屈曲荷载公式。然后,参考轴心受压柱设计原理,引入稳定系数及正则化长细比,绘制了纯压状态下的稳定曲线。最后,分析了在几种常见荷载工况下,双箱型空腹圆弧钢拱整体破坏模式的稳定承载力设计公式。本文分析的拱结构新颖,所提弹性屈曲荷载公式计算结果与有限元分析结果十分吻合,同时采用轴力与弯矩的二项式验算了整体稳定承载能力。研究结果可供日后科研和实际工程设计参考,具有一定的现实意义。