火灾下蜂窝钢梁腹板屈曲性能研究

通过有限元方法研究火灾下无防火保护蜂窝钢梁孔间腹板屈曲性能及屈曲温度。首先采用有限元传热分析,获得标准火灾下无防火保护蜂窝梁不同受火时刻的三维有限元温度分析结果,然后采用有限元受力分析确定三维有限元温度分析结果下蜂窝梁孔间腹板的受力性能和屈曲温度。传热分布结果表明,开孔后增加了孔洞周边厚度方向上腹板与空气间的热量交换,使得腹板升温速率明显大于翼缘。火灾下结构受力分析结果表明,由于钢材的力学性能随温度升高而降低,而且中心腹板升温速率快使蜂窝梁更易发生孔间腹板屈曲破坏。蜂窝梁的屈曲温度随孔间距及腹板厚度的增大而增大。通过对采用三维有限元温度分布与均匀温度分布的蜂窝梁进行对比分析,结果表明,由于不均匀温度分布使得沿腹板高度产生附加热应力,从而使得孔间腹板屈曲变形增大。     

基于有限元法的工字形轴压组合钢梁屈曲分析

对于钢结构中的工字形轴压组合钢梁,利用有限元法分别进行了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,并将分析结果与材料力学中的计算结果进行比较,从而验证了有限元分析的正确性。     

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。     

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。     

圆孔蜂窝梁的弯扭屈曲分析

为了对纯弯状态下圆孔蜂窝梁的弯扭屈曲进行研究,将蜂窝梁翼缘和腹板分离,采用有限元软件ANSYS对蜂窝梁开圆孔腹板进行侧向纯弯分析,由挠度-刚度关系反算侧向刚度,得出开孔腹板相对于实心腹板的刚度折减系数ky。考虑开孔腹板的径高比和距高比,经拟合给出了刚度折减系数ky的计算公式,用该系数对蜂窝梁的自由扭转刚度进行修正,代入实腹工字截面梁弯扭屈曲临界弯矩计算公式,得到蜂窝梁的相应计算公式。最后利用该公式分别对不同跨度、不同孔况的简支蜂窝梁在纯弯状态下的弯扭屈曲临界弯矩进行计算,并与有限元分析结果进行对比。分析结果表明,修正后的临界弯矩计算公式具有较高精度。     

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。     

板桁组合钢梁的非线性有限元分析

对板桁组合钢梁进行非线性有限元分析.用有限个横向条带法构造了板桁组合结构板段考虑局部屈曲的空间位移模式.基于三维连续体的虚功增量方程,导出了横向条带板段单元U.L列式,用空间欧拉坐标变换考虑其位形变化,用截面塑性系数来考虑其材料非线性.应用所编程序,对广东西江桥原板桁组合结构模型梁进行了非线性分析,并对其计算结果进行了一些试验验证.     

简支圆孔蜂窝梁挠度分析

根据简支梁刚度计算的基本原理,通过理论分析并结合有限元计算结果,对圆孔蜂窝梁挠度计算方法进行了探讨,提出圆孔蜂窝梁跨中的挠度计算公式,并给出了具体算例。同时,研究出影响梁挠度放大系数的各参数及其规律。实践证明,该计算方法和分析结果在工程设计中方便、精确、可行。     

预制圆孔板剪力墙非线性有限元分析

采用ANSYS有限元软件,对一个设置现浇边缘构件的单片预制圆孔板剪力墙试件进行了在定轴压力和单调递增水平力作用下的非线性分析,与拟静力试验结果进行了比较,两者符合较好,验证了计算模型和参数取值的合理性。在此基础上,对四个设置现浇边缘构件的单片及双片预制圆孔板剪力墙试件进行了非线性有限元分析。结果表明,无论是按弯曲破坏还是按剪切破坏设计的试件,都是墙底截面开裂,边缘构件沿高度出现水平裂缝,圆孔板剪力墙以斜裂缝为主,斜裂缝数量多,布满整个墙面,没有出现集中的塑性铰,有利于抗震耗能;双片墙试件的开裂荷载和最大荷载显著高于单片墙试件的。结论可为预制圆孔板剪力墙这种新型装配整体式住宅建筑体系的推广应用提供理论依据。     

型钢加固钢筋混凝土梁的受力分析

通过对型钢加固钢筋混凝土梁的受力分析,依据所作的基本假定分析了加固前后梁截面的应变及应力变化,推导了加固前后梁的承载力、型钢与梁间剪应力以及加固梁抗弯刚度的计算式;得出型钢加固钢筋混凝土梁可大幅度提高梁的抗弯能力,同时也有效提高梁抗弯刚度的结论;最后提出对加固材料性能和加固前梁上荷载的定性要求。     

钢桁架连梁非线性有限元分析

考虑混凝土和韧性金属损伤塑性模型,对钢桁架连梁的受力性能进行了非线性有限元分析。通过试验研究与理论分析的对比,表明本文的非线性有限元分析方法具有较高的精度。通过本文的参数分析表明:只有在增强弦杆和腹杆的同时使两者相互匹配,才能保证结构承载力和延性的提升,单纯增强弦杆或腹杆可能导致结构受力的不协调,增加直腹杆能有效的提高结构的极限承载力。     

焊接不锈钢工字形截面梁整体稳定性试验研究

不锈钢材料在建筑结构中已得到广泛应用。为研究焊接不锈钢梁的整体稳定性能,进行了纯弯状态下的静力试验研究。试验包括10个试件,材料类型为奥氏体型316。截面类型采用了双轴对称和单轴对称工字形截面,试件的端部约束采用夹支,试验过程持续加载,直至达到试件的承载力峰值。基于试验结果,研究了焊接不锈钢梁的失稳破坏形态和极限承载力;对比了试验极限弯矩与理论弹性弯矩、塑性弯矩的差异,并将试验结果与有限元分析结果进行了对比。结果表明：试件的承载能力随着跨度的增大而减小,有限元分析能够准确预测试件的承载力,与试验结果吻合良好。     

型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点受力性能非线性分析

在型钢再生混凝土柱-钢梁组合框架节点拟静力试验基础上,采用ABAQUS有限元软件建立了组合框架节点的数值计算模型,对该组合框架节点在水平荷载作用下的受力非线性行为进行了有限元分析,获取了组合框架节点的破坏过程、破坏形态、应力云图、荷载-位移曲线及荷载特征值,并对节点的承载力计算值与试验值进行了比较,验证了有限元计算模型...     

方钢管混凝土柱—钢梁外隔板式节点非线性有限元分析

选择合适的材料本构模型,利用三维实体单元,对方钢管混凝土柱-钢梁外隔板式节点建立了同时考虑几何非线性和材料非线性的有限元分析模型,模拟分析了单调加载下节点的受力性能,较为精确地分析了节点区应力分布.结果表明,由有限元模型所得的位移曲线与试验所得的低周反复荷载作用下的骨架曲线极为相似,由有限元模型所得的应变分布和发展规律与试验结果一致.外隔板式节点的梁端弯矩一部分通过柱腹板两侧隔板传递到柱钢管腹板和核心混凝土,另一部分则主要通过柱角两内侧各0.25倍柱宽范围内的隔板直接传递给柱钢管翼缘和核心混凝土,柱角附近的隔板出现严重的应力集中,节点因受压翼缘屈曲、梁翼缘变截面最窄处形成塑性铰而破坏.节点核心区混凝土符合斜压杆受力机制.     

钢梁稳定问题的有限元模拟

钢梁的稳定问题是一个重要的问题,通过有限元计算可以很好地对这一问题进行模拟,阐述了用有限元法求解钢梁稳定问题的过程,介绍了用ANSYS进行建模所需要注意的问题,最后计算了不同情况下的极限承载力,并和理论值进行了比较。     

Nonlinear finite element analysis of concrete filled steel plate composite coupling beams: force and deformation mechanics

在外包钢板-混凝土组合连梁试验研究的基础上,对组合连梁试件和不同参数取值的补充模型进行了非线性有限元分析。有限元分析得到的滞回曲线与试验曲线吻合良好,能较好地模拟组合连梁的受力行为。通过应力分析,发现内填混凝土的工作机制类似于斜压杆,其压力沿着连梁对角线方向从一端的受压侧传递到另一端的受压侧。外包钢板承担的剪力比例和弯矩比例的范围分别为0.36~0.76和0.57~0.82;混凝土的剪力与轴压力之比和连梁的高跨比近似相等。连梁的侧向位移由节点区变形引起的梁端转角、连梁的弯曲变形与剪切变形产生;在常用的跨高比范围内,剪切变形产生的侧向位移在总位移中占有较大比例,且受跨高比的影响很大。     

钢板-混凝土组合简支梁的试验研究

对8根钢板-混凝土组合简支梁进行试验研究与承载力分析,量测并分析试件的荷载、挠度及应变,观测试件的裂缝发展情况。试件的破坏形态包括弯曲破坏、钢板剥离破坏及混合破坏等形式。试验表明,若合理地配置栓钉连接件,钢板和钢筋混凝土可以形成组合截面共同工作,试件呈现出典型的弯曲破坏方式,有良好的承载能力和延性性能。对钢板-混凝土组合梁的开裂荷载、极限抗弯承载力及钢板剥离承载力进行理论分析计算,计算结果与试验结果吻合良好。     

基于粘结强度变化的锈蚀钢筋混凝土梁受弯承载力的研究

基于锈蚀钢筋混凝土梁内钢筋与混凝土间粘结强度随锈蚀量的变化,对锈蚀梁的抗弯承载力进行了研究。钢筋锈蚀量较小时,锈蚀梁内钢筋与混凝土间粘结强度随锈蚀量增加而增加,锈蚀梁的力学性能同未锈蚀梁,可运用传统的梁理论计算锈蚀梁的抗弯承载力;随着钢筋锈蚀量的增加,钢筋与混凝土间粘结强度发生退化,锈蚀梁的力学性能介于粘结完好梁与无粘结梁之间,与传统的计算梁的抗弯承载力的方法不同,应考虑梁的各截面间相互作用。基于梁整体的受力平衡和变形协调,建立了考虑梁内粘结强度退化的锈蚀梁抗弯承载力模型。最后,通过54根锈蚀梁承载力试验结果,对文中建立的模型进行了验证分析,结果十分满意。     

Finite element modelling of cold-formed steel beams under local buckling or combined local/distortional buckling

The finite element (FE) method is capable of solving the complex interactive buckling of cold-formed steel beams allowing for all important governing features such as geometrical imperfections, material nonlinearity, postbuckling, etc.; this is unlikely to be achieved by analytical methods. In this paper, two series of finite element models for buckling behaviour of laterally-restrained cold-formed steel Z-section beams have been developed with special reference to material and geometrical nonlinearities: one to allow for the possibility of combined local/distortional buckling and the other to allow for local buckling only. Four-point bending tests carried out by previous researchers have been used to verify the FE models. A simplified configuration of the test setup has been modelled in ABAQUS. In the local buckling FE models, distortional buckling has been restricted in the member using translational springs applied to the lip/flange corner of the beam. Predictions of load carrying capacity and deformed shapes exhibit excellent agreement with both the results from the more extensive models and laboratory tests. Further papers will exploit the developed FE models to investigate the different forms of buckling that occur in laterally-restrained cold-formed steel beams i.e. local, distortional and combined local/distortional.