新型薄壁钢-混凝土组合结构节点试验研究

通过10个不同连接形式和加载方式的薄壁钢-混凝土组合结构节点的试验研究,以及两个普通钢筋混凝土结构节点的对比试验,探讨了节点的工作机理、力学性能和优缺点。试验表明,所设计的不同构造形式的薄壁钢-混凝土组合结构节点均具有良好的延性性能和足够的承载能力,可以供实际设计时参考。     

残余应力对单轴对称工字梁稳定承载力的影响

对单轴对称工字形悬伸梁、连续梁进行整体稳定试验前,通过截面法测量了截面中的残余应力分布.根据测量结果和简化分布模型,编写了能描述残余应力大小和分布的ANSYS初应力文件,在非线性分析中以此来考虑残余应力对构件整体稳定性的影响.通过比较试验和有限元分析结果发现,考虑残余应力所得的计算结果与试验结果吻合良好,不考虑残余应力所得到的极限荷载与试验值差别较大.试验结果表明:当梁截面中的窄翼缘尺寸较小时,翼缘中残余应力以受拉为主,其端部残余压应力较小,焊接残余应力对单轴对称工字形悬伸梁和连续梁的整体稳定承载力影响很大,主要是提高作用,有限元计算时应该考虑残余应力.对比分析结果表明,文中所用的残余应力分布模型能够模拟试验梁的真实情况.     

支撑节点板对铰接框架梁柱附加弯矩的影响

为研究产生层间变形时支撑的节点板对钢框架梁柱铰接节点产生的转动约束能力及在梁柱中产生的附加弯矩,并揭示这种附加弯矩对梁柱设计的不利影响,利用ANSYS通用有限元程序中的壳单元建立了单斜支撑框架结构的单层单跨模型,分析了附加弯矩与层间侧移的关系.按支撑受压和受拉时两种状态,分别研究了节点板厚度、边长和柱轴压比、钢材强度等关键因素对铰接框架梁柱附加弯矩的影响规律.分析表明:梁柱附加弯矩随层间侧移的增大而增大,若节点板尺寸较大,甚至会迫使节点板边缘处的铰接梁柱形成塑性铰;弹性阶段支撑受压时的附加弯矩小于支撑受拉的情况;梁柱附加弯矩随柱轴压比增大有减小的趋势.依据统计参数分析的量化结果,给出了附加弯矩在梁柱设计中的建议取值.     

蒙皮支撑柱的静力性能分析

本文提出了蒙皮支撑柱在静力荷载作用下的几何非线性有限元分析方法。钢构件、蒙皮和连接件分别被离散成空间薄壁开口截面梁柱单元、等效正交各向异型板壳单元和连接单元。采用修正的拉格朗日描述建立结构的非线性平衡方程,利用柱面弧长增量法并在每一增量步中采用修正的牛顿·拉夫逊方法进行迭代来跟踪平衡路径。通过试验对该方法进行了验证并利用该方法分析了蒙皮支撑Ｃ型截面轴心受压柱的基本受力性能。结果表明,蒙皮的支撑作用可以改善柱的受力性能并提高其承载能力。     

超级元在巨型钢框架结构分析中的应用

超级元法是在普通有限元划分的基础上进行二次大单元划分的一种半连续化方法,三维实体超级元能模拟巨型钢框架的整体变形,具有连续化方法的优点,又很容易与普通有限元结合起来,本文采用超级元法进行了巨型钢框架结构的静力分析。算例表明,规则结构采用２０结点超级元,计算时间,内存均大大减少,较不规则结构可采用３２结点超级元,内存比普通有限元少。可见,超级元的方法是可行的。     

蒙皮支撑的钢构件静力工作性能研究

提出了蒙皮支撑钢构件静力工作性能的非线性有限元分析方法，用该方法分析了蒙皮支撑梁和蒙皮支撑柱的基本受力性能，并考虑了多种因素对蒙皮支撑构件性能的影响。分析结果表明，蒙皮对构件的侧向支撑及扭转约束作用可以大大改善构件的静力性能并提高构件的承载力。     

对称轴平面内偏心受压冷弯薄壁卷边槽钢承载力直接强度法对比研究

在GB 50018《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(修订稿)的轴压及纯弯构件承载力直接强度法公式的基础上,结合我国实际,开展了对称轴平面内偏心受压构件承载力直接强度计算方法的研究,分析了截面有效形心偏移对计算结果的影响。采用所提出的未考虑有效形心偏移和考虑有效形心偏移的直接强度法计算了42个荷载偏向卷边侧和48个荷载偏向腹板侧的偏压试件的稳定承载力,并与GB 50018—2002和GB50018修订版中有效宽度法的计算结果进行了对比。试验值与计算值之比的平均值表明:考虑有效形心偏移比未考虑有效形心偏移的直接强度法的平均值更接近于1.0;变异系数的结果表明:考虑有效形心偏移的直接强度法和修订有效宽度法的离散性都比现行有效宽度法小。     

基于等参公式的三节点梁单元

为了提高非线性分析的计算精度和效率,详细介绍了基于等参公式的三节点梁单元,推导了这种梁单元考虑几何非线性的切线刚度矩阵,并给出了高斯积分点的分布。在此基础上编制有限元程序,考虑了单元的大转角、大位移和剪切变形的影响,并采用von-Mises屈服准则和Zeigler随动硬化法则考虑了材料非线性的影响。与试验结果和通用程序的对比分析表明,这种方法具有较高的精度和效率,并且能方便地用于变截面杆系结构的空间双重非线性分析。     

柱脚刚接与铰接柱列支撑体系受力性能对比研究

为研究柱脚刚接与柱脚铰接柱列支撑体系的不同受力性能,采用蒙特卡罗方法,考虑柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机遇合,应用有限元程序ANSYS对柱脚刚接和柱脚铰接柱列支撑体系进行大量参数仿真分析。研究结果表明:柱脚刚接柱列支撑体系失稳时柱子呈两个半波的变化趋势,柱脚铰接柱列支撑体系失稳时柱子呈三个半波的变化趋势,因而后者的极限承载力和柱中撑杆内力均大于前者,且后者较高的极限承载力更大幅度地增加了柱中撑杆内力;柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机遇合作用导致柱中水平撑杆受压或拉力的随机性,降低了支撑内力,比GB 50017—2003《钢结构设计规范》中柱列支撑设计公式计算的支撑内力小许多。     

截面为三角形的空间格构式圆拱平面内整体稳定性能分析

空间格构式圆拱是一种较为新颖的空间结构 ,具有外形美观、受力合理、经济实用等优点。稳定性计算是拱结构设计中一个关键课题。利用ANSYS有限元程序对格构式拱在满跨均布荷载作用下进行了几何非线性分析 ,并从结构的荷载 -位移全过程曲线考察该结构平面内稳定问题的基本规律。通过对大量数据进行回归分析 ,得出格构式圆拱平面内整体稳定临界荷载拟合公式 ,供设计参考。