考虑弯矩作用梭形钢格构柱的稳定性能

通过弹性屈曲分析和考虑大变形的弹塑性非线性分析首次考察轴力和弯矩共同作用下梭形钢格构柱的稳定性能。首先提出梭形格构柱截面刚度变化率的概念并分析其弹性屈曲性能,进而考察弯矩作用对梭形格构柱稳定性能的影响,重点分析轴向应力、弯曲应力和剪应力的发展历程,文中还考察了分肢钢管间距及隔板厚度对稳定承载力的影响。结果表明,截面刚度变化率决定桅杆的弹性屈曲模态;屈曲模态为"C"形的桅杆,弯矩作用导致稳定承载力的降低程度小于屈曲模态为"S"形的桅杆;可通过调整分肢钢管间距获得梭形格构柱的最大稳定承载力,相应的分肢间距与"C"形、"S"形屈曲模态转换的临界分肢间距基本一致;增加隔板厚度对提高"S"形屈曲模态桅杆的稳定承载力更为有效。     

考虑弯矩作用梭形钢格构柱稳定承载力非线性有限元分析

以2010年上海世博会世博轴工程中采用的梭形钢格构柱为研究对象,应用大挠度弹塑性有限元法研究考虑弯矩作用时梭形格构柱的稳定承载力。分析了初始几何缺陷作用方向、分布形式对梭形格构柱稳定承载力的影响,并与试验结果进行了比较。分析结果表明：梭形格构柱在轴力和弯矩共同作用下的一阶弹性屈曲模态表现为“S”形和“C”形两种形式;考虑弯矩作用后,初始缺陷作用方向对梭形格构柱的稳定承载力有较大影响;对一阶屈曲模态为“S”形的梭形格构柱,计算稳定承载力时只需考虑“S”形缺陷的影响,而对一阶模态为“C”形的梭形格构柱有必要综合考虑“C”形和“S”形缺陷的影响。与试验结果比较表明,建议方法计算梭形格构柱的稳定承载力安全、合理。图12表1参11     

三管梭形钢格构柱稳定极限承载力研究

本文应用大挠度弹塑性有限元法对三管梭形钢格构柱进行了极限承载力分析。研究的重点放在梭形柱初始缺陷的分布形式和幅值大小对柱破坏模式的影响,同时分析了柱长度、柱长细比、分肢长细比、隔板数量和厚度对极限承载力的贡献以及对破坏机理的影响。分析结果表明,初始缺陷的分布形式和幅值大小对柱破坏形式起到决定性的作用;当梭形柱的初始缺陷分布形式与一阶弹性屈曲模态一致时,柱极限承载力最低。随着柱整体长细比的增加或隔板厚度的增加其破坏形式从“S”形向单波形转化,不过,随着柱单肢长细比的增加其破坏形式从单波形向“S”形转化,二阶效应是梭形柱破坏的主要原因。本文对广州新机场四根梭形柱进行了极限承载力有限元分析,初始缺陷分布取与一阶弹性屈曲模态相同,缺陷幅值大小取为L/500,其计算结果与足尺寸试验结果吻合良好。     

三管梭形钢格构柱足尺寸破坏性稳定试验研究

本文对广州新白云国际机场航站主楼三管梭形钢格构柱中的3种高度柱通过卧位试验法进行了足尺寸破坏性稳定试验,研究了三管梭形钢格构柱在两端铰接约束,轴向受压情况下的稳定极限承载力,并揭示和验证了这种梭形钢格构柱的特有破坏机理以及变形过程。3种三管梭形格构柱的长度分别为19m、23m和29m,所有钢管规格为Φ273×16。在稳定极限承载力、破坏形状与位置、荷载-位移曲线等几个方面,通过比较试验结果与有限元数值计算结果,验证了有限元方法对梭形柱计算结果的正确性及通用性,为机场梭形柱的安全和可靠设计提供了理论和试验依据。     

梭形柱的稳定性能及设计方法研究

梭形柱由于其优美的建筑造型,近年来作为竖向受力构件广泛应用于各类空间结构体系。首先介绍梭形柱的工程应用及受力特点,研究梭形实腹柱和梭形格构柱的稳定承载力和破坏机理,提出整体稳定承载力的计算和设计方法。研究成果表明,由于梭形柱的截面形态各异,惯性矩沿轴线的函数关系复杂,其屈曲模态及稳定承载力的设计理论与等截面柱有很大区别。梭形实腹柱可以等效成等截面柱验算其稳定承载力,其计算长度及等效长细比与楔率和截面的最大、最小惯性矩有关,其屈曲波形始终表现为单波形;格构式梭形柱由于剪切刚度和弯曲刚度沿柱轴线是变化的,导致了梭形格构柱的屈曲波形出现了反对称的“S”形波形的可能性。     

考虑弯矩作用梭形格构柱稳定承载力实用算法研究

以大型通用软件ANSYS为平台,研究以轴力为主、同时考虑弯矩作用的梭形格构柱的稳定承载能力。通过对不同高度和长细比的梭形格构柱进行非线性稳定计算和参数分析,提出了梭形格构柱稳定承载力的实用计算方法:以弹性特征值为基础计算梭形格构柱的等效长细比,并利用弯矩系数对等效长细比进行修正,得到修正长细比后即可通过查表的方式得到梭形格构柱稳定承载力。     

单横隔预应力撑杆柱对称与反对称屈曲的近似公式与参数分析

基于钢结构稳定中轴心受压构件的弹性弯扭屈曲理论,对单横隔预应力撑杆柱在平面内的两种屈曲模态进行了详细的弹性屈曲理论推导和数值分析.首先根据横撑杆的等效平动弹簧刚度和等效转动弹簧刚度对单横隔预应力撑杆柱体系的力学计算模型进行简化,然后根据简化体系的平衡条件和边界条件推导出弹性屈曲方程,并拟合出单横隔预应力撑杆柱在平面内的对称与反对称弹性屈曲的近似公式,最后通过有限元软件ANSYS对单横隔预应力撑杆柱的弹性屈曲性能进行参数分析.研究表明:弹性屈曲方程与有限元模拟结果吻合良好,两者弹性屈曲荷载的最大误差不超过2%;通过1stOpt软件拟合出的单横隔预应力撑杆柱对称及反对称屈曲的近似弹性屈曲公式具有较高的精度,便于预应力撑杆柱在实际工程中的应用;弹性屈曲荷载随着横撑杆长度及直径的增大而增大.     

基于有限元法的L形轴压钢柱屈曲分析

利用有限元法对L形截面钢异型柱轴心受压构件,在考虑非弹性和初始缺陷的基础上,进行了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,并将分析结果与规范柱子曲线进行了比较,从而证明了利用有限元法对实际L形截面钢异型柱进行分析是有效的。     

全加劲两侧开缝钢板剪力墙弹性屈曲研究

采用有限元方法对全加劲两侧开缝钢板剪力墙在面内水平荷载作用下的弹性屈曲临界荷载、屈曲模态进行了研究。对影响其弹性屈曲性能的参数进行了分析,包括两侧和中部加劲肋与墙板的刚度比、两侧和中部加劲肋宽厚比以及墙板高厚比和边长比。给出了全加劲两侧开缝钢板剪力墙加劲肋的弹性屈曲设计参考公式,为开缝钢板剪力墙的应用提供依据。     

卷边槽钢开孔轴压构件弹性屈曲荷载

采用理论和有限元方法分析腹板开孔冷弯薄壁型钢截面轴压构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲的受力性能以及屈曲荷载。在理论分析的基础上提出了计算腹板开孔卷边槽形截面构件弹性整体弯曲失稳、弹性畸变屈曲以及弹性局部屈曲荷载的近似简化方法,简化方法计算结果与有限元分析结果对比表现出较高的精度,表明建议弹性屈曲荷载计算方法可用于开孔构件整体稳定承载力以及屈曲稳定系数的计算,能够代替复杂的有限元方法进行开孔构件弹性屈曲荷载的简化计算,易于用于工程设计。     

三管梭形钢格构柱缩尺模型破坏性稳定试验研究

本文对广州新白云国际机场航站主楼三根三管梭形格构柱缩尺模型进行了立式破坏性稳定试验研究,侧重研究直立三管梭形格构柱在两端铰接约束,竖向轴压情况下的破坏特性与破坏机理,并探讨了稳定极限承载力、变形过程。三管梭形格构柱缩尺模型的比例分别为1/4、1/5、1/6,长度分别是4.7m、4.5m和4.9m,管径分别为68×4、58×4和58×4。缩尺试验在足尺试验的基础上进一步检验有限元分析结果的正确性。在破坏形状与位置、荷载-位移曲线、稳定极限承载力等内容方面,通过试验结果与有限元数值计算结果进行比较表明,二者吻合较好。     

冷弯卷边槽钢的线弹性有限元分析及其加固

冷弯薄壁型钢在建筑领域得到了越来越多的应用,作为控制冷弯薄壁型钢承载能力的几种屈曲模式之一,畸变屈曲逐步受到重视。常用的畸变屈曲计算方法主要有有限元法、有限条法、近似解法以及广义梁理论。本文采用有限元程序ABAQUS对受压卷边槽钢进行线弹性畸变屈曲分析,在此基础上,对加设隔板和加设连杆两种加固方式的效果进行分析比较。结果表明,在相同的间距布置下,加设隔板对受压卷边槽钢的屈曲荷载提高较大。经过对比,当采用矩形隔板,在1／2半波间距布置隔板时。为最经济有效的布置方式。     

Loss-of-stability induced progressive collapse modes in 3D steel moment frames

This paper deals with the progressive collapse analysis of a tall steel frame following the removal of a corner column according to the alternate load path approach. Several analysis techniques are considered (eigenvalue, material nonlinearities, material and geometric nonlinearities), as well as 2D and 3D modelling of the structural system. It is determined that the collapse mechanism is a loss-of-stability-induced one that can be identified by combining a 3D structural model with an analysis involving both material and geometric nonlinearities. The progressive collapse analysis reveals that after the initial removal of a corner column, its two adjacent columns fail from elastic flexural-torsional buckling at a load lower than the design load. The failure of these two columns is immediately followed by the failure of the next two adjacent columns from elastic flexural–torsional buckling. After the failure of these five columns, the entire structure collapses without the occurrence of any significant plastification. The main contribution is the identification of buckling-induced collapse mechanisms in steel frames involving sequential buckling of multiple columns. This is a type of failure mechanism that has not received appropriate attention because it practically never occurs in properly designed structures without the accidental loss of a column.     

Instability behavior and application of prismatic multi-tube latticed steel column

Multi-tube latticed steel columns without diagonal tubes and the ones with diagonal tubes are two common types of prismatic latticed columns used nowadays. Instability behavior of prismatic multi-tube latticed steel columns is studied in this paper. The focus on the problem is based on the derivation of shear stiffness for multi-tube latticed steel columns. Formulas are established to express the elastic buckling loads as well as the modified slenderness ratios, in which the effect of shear deformation is taken into account. Cases are analyzed via finite element method ANSYS to calculate the ultimate load-carrying capacity of the latticed columns for comparison with the design method in different design codes for compressive members. Formulas to estimate the design resistance for axial compressive prismatic multi-tube latticed steel columns are proposed and detailed design suggestions for the component steel tubes are presented as well.     

双肢钢管格构柱水平抗侧性能研究

文章应用有限元法对双肢钢管格构柱进行了水平抗侧移分析.研究的重点放在腹杆布置形式对格构柱水平抗侧移能力的影响,同时分析了腹杆长细比、分肢长细比对水平抗侧移能力的贡献.为合理设计双肢钢管格构柱提供参考.     

三肢钢管格构柱稳定极限承载力研究

用弹塑性大挠度有限元对不同腹杆布置形式的三肢钢管格构柱进行了稳定极限承载力研究,并与规范结果进行了比较,分析了腹杆布置形式及腹杆长细比对极限承载力的影响,为合理设计三肢钢管格构柱提供参考。     

台州站站台雨棚结构设计与分析

台州火车站站台雨棚采用分叉式钢管柱与双向空间钢管桁架构成的刚架结构,屋盖为人字形柱面网壳。站台雨棚位于台风高发区且为四周开敞的圆柱形屋盖,风载为其主要荷载并通过风洞试验确定。屋盖结构设计时充分考虑风荷载对结构整体稳定的影响,对主要荷载工况作用下的结构进行线性和非线性屈曲分析。合理确定复杂构件计算长度系数、控制重要构件的应力,确保结构的安全性和经济性。选用屋盖构件截面、布置间距以及连接节点时充分考虑外露雨棚结构的美观要求,结构较好地体现了建筑形态和设计理念。