结构计算中楼层桁架梁的等代方法及分析

在结构中,当采用杆件数量众多的桁架梁时,将桁架梁等代为实腹钢梁,是结构整体建模和计算分析的前提条件。在受力特征一致的基础上,提出了将桁架梁等代为实腹梁的等代分析方法,并采用ANSYS有限元软件,分析了桁架梁与其等代钢梁在竖向荷载作用下应力、变形及极限状态。计算结果表明,提出的将桁架梁等代为实腹梁的方法可用于一般结构计算软件中,简化计算模型;等代实腹梁的竖向刚度略大于桁架梁刚度,在结构设计软件中应对等代实腹梁的刚度进行适当折减。     

变形受端部柱子约束的下降式平行弦桁架梁的轴力分析

下降式平行弦桁架梁是目前应用较为广泛的一种桁架梁。本文主要讨论了这种桁架梁在其变形受端部柱子约束时杆件轴力的变化规律,并提出了一种行之有效的手算杆件轴力的方法。     

工业化装配式高层钢结构桁架梁腹杆计算长度分析

新型工业化装配式高层钢结构桁架梁不同于传统形式的桁架梁,需将其简化成单根腹杆和弦杆进行稳定验算,并用计算长度来体现结构其他部分的约束作用,但GB 50017—2003《钢结构设计规范》对桁架梁腹杆计算长度的规定比较保守。基于刚架弹性稳定理论以及相关研究成果建立的四弯矩方程,综合考虑桁架梁的上、下弦杆刚度和节点刚度对腹杆计算长度的影响,推导出杆件群的稳定方程以及腹杆计算长度系数的计算方程。通过MATLAB编程解超越方程,列出了可供工程设计使用的桁架梁腹杆计算长度系数用表。针对节点实际刚度与计算刚度不一致的现象,推导了腹杆-弦杆半刚性节点刚度与节点弯矩关系的解析公式,求出节点刚度,便于设计人员查表得到相应计算长度系数。     

水平荷载作用下交错桁架结构的内力和侧移计算

本文通过对交错桁架结构在水平荷载作用下受力特点的分析,把结构中的楼板等效于与横向框架铰接的刚性链杆,建立了构件内力、层间侧移和楼层侧移计算的平面协同分析模型。通过对结构中柱子和竖向腹杆的受力分析,给出了交错桁架结构中柱子和竖向腹杆侧移刚度的力学计算模型和计算公式。根据水平荷载作用下桁架中远离空腹节间的弦杆弯矩较小的特点,假定桁架弦杆只在空腹节间和与其相邻的节间存在弯矩,给出了桁架侧移刚度的力学计算模型和计算公式。在楼板刚度无穷大假定的基础上,运用同一楼层水平侧移相等这一条件,提出了考虑柱子轴向变形影响的刚性链杆中轴力、构件内力、层间侧移和楼层侧移的计算方法。实例分析结果表明,本文方法简单实用,与ANSYS分析结果接近。     

交错桁架结构体系的极限承载力及其影响因素分析

本文基于非线性连续介质力学理论和内力屈服面塑性流动理论,推导出计算交错桁架结构体系极限承载力的二阶弹塑性刚度方程。在该刚度方程的构造中不仅考虑了单元截面上的轴力、剪力、弯矩、扭矩以及结构剪切变形的影响,还考虑了杆端塑性铰处内力之间的相互影响。数值计算表明本文方法具有良好的计算精度。最后,本文还在此基础上就结构高宽比、荷载偏心、柱子截面形式和平面桁架的形式等因素对交错桁架结构极限承载力的影响进行了探讨,结果表明当交错桁架结构体系达到其极限承载力时,杆件的塑性铰主要集中分布在下部楼层,设计时建议适当加大下部楼层的杆件截面,以保证结构具有足够的极限承载力。此外,在偏心荷载作用下,柱子截面形状对结构极限承载力的影响较大,其工形截面的影响要比箱形截面更为显著。     

双竖腹杆空腹桁架与方钢管连接π型节点的极限承载力

基于空腹桁架的弯矩分布规律,提出了双竖腹杆空腹桁架的概念。双竖腹杆空腹桁架的节间距和上、下弦杆的弯矩小于单腹杆空腹桁架。当采用空心钢管作构件时,这类空腹桁架适用于杆件截面超出现有规格的大跨空腹桁架。采用非线性有限元法和均匀设计法研究方钢管连接π型节点的极限承载力。     

Q420双角钢组合截面偏压构件弹塑性弯曲屈曲

通过试验研究了特高压输电塔塔身主材规格为L160×12、L160×14、L160×16的3种Q420高强双角钢十字组合截面偏压构件的破坏模式,试验结果表明此种构件均以整体弹塑性弯曲屈曲破坏为主.基于改进逆算单元长度法编制相应程序,计算得到了这3种角钢规格在不同长细比并考虑残余应力情况下截面的弯矩轴力相关曲线,提出适用于此类截面形式的弯矩作用平面内稳定的建议计算公式及柱子曲线.引用的非线性幂函数模型能较好的反映此类偏压构件在等端弯矩受力作用下杆件端部弯矩与杆端转角的弯矩转角关系.     

蜂窝梁挠度计算方法研究

蜂窝梁是一种腹板开孔的新型钢梁,与普通实腹梁相比具有节省材料、便于铺设管道、平面内刚度增大、承载能力高等优点,特别适用于现代工业厂房屋盖结构。蜂窝梁由于腹板开孔其抗剪能力降低,与相同截面的实腹梁相比受剪力影响较大,在挠度计算中不仅要考虑剪力引起的剪切挠度还要考虑剪力次弯矩引起的挠度。本文作者以费氏空腹桁架理论为基础,考虑蜂窝梁孔高比和距高比的影响,根据面积等效和惯性矩等效的原则,提出简支蜂窝梁的实用挠度计算公式。以简化计算公式为依据分别对不同蜂窝梁挠度进行计算,同时利用有限元软件AN-SYS对相同条件下的蜂窝梁进行仿真分析,将公式计算结果与有限元分析结果对比,以验证计算公式的准确性。     

装配式斜支撑节点钢框架结构桁架梁等代分析研究

针对装配式斜支撑节点钢框架结构桁架梁杆件数量多、难于结构计算的问题,提出一种简化计算方法,将钢桁架梁根据等刚度、等高度、等翼缘的原则等代为实腹型工字钢梁。分别考虑简支梁施加均布线荷载、简支梁施加跨中集中荷载、悬臂梁施加均布线荷载和悬臂梁施加自由端集中荷载四种边界条件,反算得到5组等代梁截面。采用SAP 2000建立起一栋20层的装配式斜支撑节点钢框架建筑的实际结构计算模型和等代模型进行结构分析,对模态周期、层位移、层间位移角、剪重比、刚重比等关键指标进行对比。结果表明:采用简支梁施加均布线荷载边界条件反算得到的等代模型计算结果与实际模型最为吻合,可用于装配式斜支撑节点钢框架结构及类似结构的整体分析和设计。     

超高层建筑空腹桁架托柱转换体系设计

重庆新华国际大厦局部托柱转换体系承担了上部54层的荷载,为追求经济、合理的设计方案,对钢筋混凝土深梁、型钢混凝土组合梁、空腹桁架、叠层空腹桁架、斜腹桁架、叠层斜腹桁架6种方案进行了试算和比选,最终拟采用型钢混凝土空腹桁架方案。介绍了空腹桁架方案的受力分析、构造措施等,并对分析模型、计算参数、杆件设计等问题进行了探讨。     

圆管式无柱帽空心无梁楼盖的试验研究

圆管式无柱帽空心无梁楼盖的孔道是单向的,使楼板在两个方向的截面不一样,因此需要研究它的受力性能和设计方法。柱网4m×4m,每侧挑出0.5m,板厚135mm的试验模型,在竖向均布荷载下的试验表明,该板受力全过程分为未裂、裂缝、破坏三个阶段,有足够的承载能力,竖向位移呈“拉网形”,柱顶板面处首先开裂和屈服,孔道对板中央处的板底裂缝有影响,顺孔道方向的裂缝宽度比另一方向的大。用弹性有限元分析了竖向均布荷载下,9m×9m柱网的实心无梁楼盖和圆管式空心无梁楼盖的中间板区格,计算结果表明,两者各截面弯矩及板带弯矩的差别不大。建议对竖向均布荷载作用下的圆管式无柱帽空心无梁楼盖也可象实心板的那样采用等效框架设计法,圆管应沿平行于板区格的长跨方向布置,每段圆管的长度不宜不大于1m,管间净距和管端净距分别不宜大于50mm和80mm。     

循环荷载作用下空腹式交错桁架钢结构抗震性能试验研究

为研究空腹式交错桁架结构体系的抗震性能,进行了1个5层空腹式交错桁架钢结构1/3缩尺模型试验,研究了该结构体系在循环荷载作用下的抗震性能和破坏机理,并从滞回性能、刚度退化、结构延性、耗能能力及破坏模式等方面评价该结构体系的抗震性能。试验及分析结果表明:该结构具有承载能力高、变形能力较强、耗能能力好等优点,但其侧向刚度偏弱,各层层间位移延性角差别较大,结构沿高度方向侧向刚度分布不均匀。应力测试结果表明,该结构塑性铰开始形成于桁架腹杆,然后是桁架弦杆,最后在柱中形成塑性铰,地震能量主要通过桁架耗散,其破坏属于梁铰机制,满足强柱弱梁的抗震要求。     

某轻钢结构宿舍楼计算方法的研究

以一幢轻钢结构宿舍楼为例,详细介绍了墙体、楼面梁等的工程做法。提出了结构基本单元——桁架片柱的简化方法。在此基础上,利用有限元软件ABAQUS分别对一榀框架、一片底部典型墙体和楼面梁进行建模,获得了各种荷载工况作用下框架、墙体和楼面梁的位移以及承载力,并与规范要求的最大值进行比较。结果表明,利用所述的有限元建模方法进行刚度和承载力验算均可满足规范要求。     

考虑楼板不同刚度时跳层空腹网架结构的受力性能分析

跳层空腹网架在利用网架的空腹部分做楼层使用时，网架的上、下弦杆均与楼板浇注成为一个整体，以往对跳层空腹网架结构的力学性能分析均未考虑楼板刚度的影响．本对普通型跳层空腹网架结构在竖向荷载作用下考虑楼板不同刚度和不考虑楼板刚度进行了比较分析，揭示了楼板对空腹网架受力性能的影响规律．本的结论可为跳层空腹网架结构的工程设计提供参考．     

板锥网壳结构的简化计算法——等代杆系法

板锥网壳结构是一种受力性能合理、技术经济效益良好的新型空间结构形式。对板锥网壳结构提出了一种实用的简化计算法———等代杆系法 ,通过等效刚度矩阵法确定等代杆件的等效面积 ,并按空间桁架位移法计算其内力和位移。该法计算简便并具有一定的计算精度 ,可用于板锥网壳结构的初步设计     

国家电网公司上海世博会企业馆结构设计

国家电网公司上海世博会企业馆抗侧力结构布置结合建筑外立面斜交叉纹理采用联合空间结构体系。其中楼、屋面以及正交斜放柱网共同构成了一个空间结构,魔盒(CUBE)六面体采用双向双层正交空腹平面桁架组成又一个空间结构。魔盒六面体通过四根巨型钢柱及牛腿挂在正交斜放柱网主体结构上,形成了联合空间结构体系。支承魔盒的四根巨型钢柱为"悬浮"在建筑中心位置的魔盒提供了有效的支承。正交斜放柱网与魔盒六面体组成的联合空间结构实现了建筑与结构统一的外立面构想。该建筑的地下部分是世博会的电力调配系统,结构采用梁柱转换方式,满足了上下结构不同的功能要求。     

考虑梁板相互作用的现浇混凝土肋梁楼盖静力试验与理论分析

为研究现浇混凝土双向板肋梁楼盖梁板的相互作用,对柱支承混凝土双向板肋梁楼盖中的中区格板和边区格板模型进行了竖向加载试验,观测了这两种区格板模型中板、梁及柱的裂缝发展及破坏过程;分析了梁、板的荷载-挠度曲线以及板、梁和柱的荷载-钢筋应变曲线;采用线弹性理论、塑性理论和等效框架法分别计算了板控制截面的弯矩值并与试验值进行比较。根据试验与分析,对楼盖结构中梁与板的相互作用进行了分析。结果表明：这两种区格板肋梁楼盖模型均发生梁 板破坏模式;按线弹性理论和塑性理论（板破坏模式,不考虑梁板相互作用）所得板控制截面弯矩值与试验值差别较大,而按等效框架法和塑性理论（梁-板破坏模式,考虑梁板相互作用）所得弯矩值与试验值吻合较好。按塑性理论的梁 板破坏模式,分析了这两种区格板楼盖的极限荷载,分析结果与试验结果比较吻合。     

三层混合型空腹桁架在连体结构中的应用

采用混合型三层空腹钢桁架作为某连体的主要承力结构,整体建模分析了其静力、动力特性,指出支座节间加设斜腹杆可以大大提高空腹桁架的竖向刚度。三层空腹桁架的整体弯矩转化成为上下弦杆的轴向力,而中间层弦杆处于中和轴位置,仅承受本层的局部弯矩作用。动力特性分析表明,混合型三层空腹桁架竖向振动频率大于3Hz,满足舒适度的要求。工程处于6度抗震设防地区,地震作用对桁架构件截面不起控制作用。     

水产大厦预应力混凝土转换桁架设计

详细分析了在地震区选择转换层结构形式的方法，论述了转换桁架总体分析及局部补充计算的方法及应注意的问题。采用有限刚度的预应力混凝土转换桁架，不仅较好的解决了下部大柱网与上部小柱网的转换，而且避免了转换层处在水平力作用下较大的刚度突变及复杂应力，在地震区是较为有利的。转换桁架采用低预应力度0．5的部分预应力混凝土构件，既较好的解决了大跨度结构在使用荷载作用下的挠度和抗裂问题，又在承载能力极限状态下使结构有较好的延性和耗能能力，取得了良好的经济效益和使用效益。