火灾下螺栓连接蜂窝梁孔间腹板屈曲性能分析

采用有限元方法研究了火灾下螺栓连接蜂窝梁的屈曲性能,并与传统焊接蜂窝梁进行了比较,分析了不同连接方式对蜂窝梁孔间腹板的屈曲模式和屈曲温度的影响。除焊接连接蜂窝梁外,还对上、下两T形部分采用螺栓搭接连接、借助单侧拼接板对接连接和借助双侧拼接板对接连接的蜂窝梁进行了研究。对焊接连接蜂窝梁和螺栓连接蜂窝梁,均假设腹板孔间温度均匀分布。分析结果表明:在相同截面尺寸情况下,螺栓连接蜂窝梁几乎具有与传统焊接蜂窝梁相同的抗火性能;借助单侧拼接板和借助双侧拼接板对接连接的蜂窝梁的屈曲温度略大于传统焊接蜂窝梁的屈曲温度;而采用螺栓搭接连接蜂窝梁孔间腹板的屈曲温度稍低于焊接连接蜂窝梁的屈曲温度。     

蜂窝钢梁孔间腹板屈曲性能研究进展

蜂窝梁因腹板开洞,导致孔间腹板承受复杂的剪力、轴力和弯矩的共同作用,可能发生强度破坏和稳定破坏等多种破坏模式。孔间腹板破坏模式对蜂窝梁受力性能有着显著影响,孔间腹板屈曲承载力计算是蜂窝梁抗剪设计的主要内容。对国内外现有蜂窝梁孔间腹板屈曲问题的研究成果进行了综述,内容包括相关试验研究、理论方法及有限元分析等,分析了相关方法的适用范围及其存在的问题,指出了进一步研究方向。     

螺栓连接蜂窝梁孔间腹板屈曲性能分析

对螺栓连接蜂窝梁和传统焊接连接蜂窝梁孔间腹板屈曲性能进行了有限元分析,研究了不同连接方式对蜂窝梁孔间腹板的屈曲模式和屈曲承载力的影响。蜂窝梁上、下两部分的连接方式包括焊接、螺栓搭接连接、借助单侧拼接板对接和借助双侧拼接板对接等。结果表明,在相同截面尺寸、相同孔径的情况下,螺栓连接蜂窝梁具有与传统焊接蜂窝梁相同的受力性能;除借助单侧拼接板对接的蜂窝梁发生孔间腹板局部压屈与费氏剪力塑性铰耦合破坏外,其它连接方式的蜂窝梁均发生孔间腹板屈曲破坏;不同的连接方式对蜂窝梁的屈曲承载力影响较小,但对其跨中挠度影响较大。     

冲击荷载下圆孔蜂窝梁动力响应及孔间腹板屈曲研究

为了研究圆孔蜂窝梁在非常规荷载作用下的动力响应,对9根圆孔蜂窝梁进行落锤冲击试验,探究冲击速度、冲击质量、孔间距、孔高等4个参数对其动力响应和孔间腹板屈曲的影响。试验过程中采集锤头冲击力、梁的位移和加速度以及圆孔周围的应变,并通过高速摄像机拍摄冲击过程。试验结果表明：冲击持续时间随着冲击速度和质量的增加而增加;梁的位移响应受与冲击区域的距离、冲击能量、孔间距和孔高的影响;梁的平均能量吸收率为57.63%,并随着孔间距的增大而减小,随着孔高的增大而增加;加速度沿梁跨中到支座呈“两折线”衰减;冲击作用位置处圆孔的投影面积减小率与冲击能量表现为近似指数增长的趋势;随着冲击能量的增大,跨中孔间腹板发生侧向凸曲的程度加剧;随着孔间距的减小和孔高的增加,非跨中孔间腹板的屈曲程度加剧。     

六边形孔蜂窝梁腹板的屈曲性能分析

蜂窝梁是腹板开孔钢梁的一种,由于其结构合理、经济美观,已被广泛应用于工业与民用建筑、桥梁及轮船等多个领域。本文借助有限元分析软件ANSYS对六边形孔蜂窝梁腹板的屈曲性能进行了分析,求出了单孔、双孔以及多孔腹板在纯弯和纯剪作用下的屈曲模态和屈曲系数,拟合了相应的计算公式,并最终确定了腹板的高厚比限值,可供有关设计参考。     

圆孔蜂窝钢梁非线性屈曲有限元分析

采用有限元分析软件ANSYS,对圆孔蜂窝钢梁进行非线性屈曲分析,探讨了几何非线性和材料非线性对非线性屈曲抗弯承载力的影响,从而为进一步研究圆形蜂窝梁提供了参考。     

蜂窝梁腹板在纯弯状态下的屈曲性能分析

基于薄板的屈曲理论,通过有限元分析软件ANSYS对带有六边形孔的腹板进行了屈曲性能分析,求出了单孔及双孔腹板在纯弯作用下的屈曲形态和屈曲系数,并最终拟合了板的高厚比限值,可供有关设计参考。     

基于神经网络的蜂窝钢梁的承载力研究

对腹板易发生后屈曲的简支蜂窝钢梁的承载力进行研究,讨论分析梁承载力和失效模型的非线性有限元法的准确性。由于非线性有限元计算量很大,故基于有限元进行参数研究,提出蜂窝钢梁腹板的后屈曲临界荷载的经验公式。另采用传统的反向传播神经网路和自适应神经模糊推理系统方法进行求解,并对比传统有限元分析结果,验证经验公式、反向传播神经网络法、自适应神经模糊推理系统法的准确性。结果表明:反向传播神经网络法和自适应神经模糊推理系统法比经验方程更准确。     

非弹性屈曲下蜂窝钢梁的弯矩梯度因子

蜂窝钢梁的抗弯承载力受局部和整体失稳影响。使用有限元法研究混合屈曲模式下蜂窝钢梁的非弹性性能,建立一个考虑弯扭或畸变屈曲和横截面局部化变形之间相互作用的三维的非线性有限元模型,并根据现有研究文献中的可用结果进行验证。研究包括受三种不同荷载(跨中荷载、均布荷载和端弯矩)作用的简支梁,通过参数分析,从而评估不同几何参数对蜂窝钢梁非弹性稳定性的影响。这些参数包括钢梁横截面尺寸、翼缘宽度和厚度、腹板高度和厚度、开孔的形状和间距。介绍模拟研究中考虑各种尺寸的不同屈曲模式所对应的弯矩梯度因子。研究结果有望帮助更深入地研究蜂窝钢梁的性能,并准确预测弯矩梯度因子和这种特殊钢梁的抗弯承载力。     

圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板屈曲承载力计算方法对比研究

分析对比了圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板屈曲承载力的不同计算理论,包括楔体理论模型、英国钢结构协会计算手册理论模型、LAWSON理论模型及斜压柱模型等。采用不同理论对蜂窝梁孔间腹板的屈曲承载力进行了计算,并与试验结果进行了对比。结果表明,应用于六边形孔的楔体理论计算值过于保守,与试验值偏差均超过50%;应用于圆形孔的英国钢结构协会计算手册理论模型及LAWSON理论模型计算值也过于保守,偏差范围在58%~70%之间;斜压柱理论相比其它方法,计算结果较为准确,偏差范围在7.6%~39%之间。并采用验证的有限元方法分析了不同孔距、孔高及腹板厚度的蜂窝梁孔间腹板的屈曲承载力。应用斜压柱理论模型计算孔间腹板剪力承载力,与有限元参数分析结果对比表明,斜压柱模型按规范BS 5950-1:2000计算的理论值过于保守,理论值与有限元结果比值范围在0.185~0.384之间;按规范EN 1993-1-1计算的理论值评价孔距较小(S/d_0=1.4)蜂窝梁的剪力承载力时偏于安全,理论值与有限元结果比值范围在0.878~0.972之间,当孔距较大(S/d_01.4)时,理论结果偏于不安全,理论值与有限元结果比值范围在1.054~1.818之间,需要进一步修正。     

火灾中不锈钢柱和梁的屈曲

材料特性和它们对高温的反应构成结构防火设计的关键部分。当遇到高温时,与碳钢相比,不锈钢表现出更好的材料强度和刚度。尽管独立而言,强度和刚度都很重要,但是在高温作用下,它们之间的关系同样也会对结构构件的屈曲反应产生显著影响。检查了现有的试验结果,并且介绍了数值参数研究的结果,即利用ABAQUS对火灾中的不锈钢柱进行分析。由于对局部和整体初始几何缺陷的敏感,通过冷作和对柱端的局部保护可以提高焊脚强度。为探究局部横截面长细比、整体构件长细比和荷载变化的影响,还进行了参数研究。试验结果与现有设计规范欧洲规范3(part1.2),欧洲Inox/SCI设计手册中对结构不锈钢的规定及CTICM/CSM中提到的规定相对比。分析了在全部23个柱屈曲抗火试验中,6个短柱和6个梁的抗火试验结果。文中标出过度保守和互相矛盾的结果以及变形极值。通过修订,可以使得今后不锈钢梁和柱能在火灾中更有效的使用。改进后,柱的抗屈曲能力提高了6%,短柱的抵抗能力提高28%,平面内抵抗弯矩提高14%,高于现有欧洲规范的要求。     

多孔钢梁在组合屈曲模态下的非线性分析

讨论了一般强度和高强度多孔钢梁在组合屈曲模态下的非线性分析。建立一个考虑腹板和翼缘初始几何缺陷、残余应力和材料非线性等情况的多孔钢梁的三维有限元模型。用具有不同长度,不同截面,不同荷载条件和不同失效模态的多孔梁的试验结果验证了此有限元模型。该模型能计算多孔梁的失效荷载,跨中荷载-挠度关系和失效模态。用120根多孔梁的有限元计算数据进行了参数分析,研究截面几何尺寸,梁长和钢材料强度对多孔梁强度和屈曲性能的影响。参数研究结果显示:由于组合腹板的扭转和腹板后屈曲引起的多孔梁失效对承载力有很大的影响。对于长细比较小的多孔梁,应用高强度钢材料将能显著提高失效荷载值。将有限元计算得到的失效荷载与利用澳洲规范计算的多孔梁平面外屈曲计算结果进行了对比,发现规范的计算结果对于平面外屈曲的一般强度多孔梁是不保守的,而对于组合腹板扭转和腹板后屈曲的高强度多孔梁的失效则非常保守。     

火灾中无约束钢梁的扭转弯曲的设计方法

采用数字分析和相关试验结果研究了无约束钢I截面梁的行为,采用有限元程序拓展了数学模型。在相同弯矩和中跨集中荷载的情况下,对一系列不同的UB和UC截面以及不同跨度,进行了研究。比较了预估的弯矩值与相关试验结果。在此基础上,对无约束梁提出了一种新的更精确和安全防火预报的方法,该方法克服了欧洲规范（EC3：1．2）设计公式中的一些弱点。另外,给设计者提供了一个便捷和简单的设计方法,即该方法易懂又合理,称为兰金方法。可用于预估钢梁在火中的LTB破坏荷载。兰金方法为数值预估提供了一个适宜的下界值。     

蜂窝钢梁屈曲模型的相互影响

基于侧扭屈曲模型,采用三维非线性有限元法,考虑初始几何缺陷和材料非线性,研究普通和高强蜂窝钢梁的性能。通过不同跨度和横截面的蜂窝梁试验,对模型进行验证。研究了蜂窝钢梁的破坏荷载、屈曲模型间的相互影响、荷载-侧移曲线。采用有限元模型进行参数分析,研究横截面尺寸、梁长、型钢强度对蜂窝钢梁承载力和屈曲性能的影响。腹板的畸变屈曲较大地降低了细长蜂窝钢梁的承载力。将有限元分析得到的侧扭屈曲下钢梁破坏荷载与澳大利亚规范进行比较,结果表明:规范对侧扭屈曲下普通蜂窝钢梁的破坏分析偏保守,对腹板屈曲下蜂窝钢梁的破坏分析较合理,而对侧扭屈曲下高强蜂窝钢梁的破坏分析非常保守。     

火灾下约束钢梁的受力性能及抗火设计方法

采用有限元方法分析了火灾下约束钢梁随温度升高时的反应并与已有的试验结果进行了验证。进一步分析了梁的轴向约束、梁端转动约束以及荷载比对约束钢梁受力性能的影响。总结了约束钢梁在火灾下的变形及轴力的发展规律。最后提出了约束钢梁的实用抗火设计方法,可供结构抗火设计时参考。     

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。