钢压弯构件面内等效弯矩系数取值的改进(下)——端部有侧移的构件

本文继上篇之后论述端部有侧移的压弯构件的面内等效弯矩系数。首先推导弹性悬臂构件等效弯矩系数的理论计算公式,包括自由端承载和杆内荷载的不同工况,并在此基础上推出近似计算公式。其次,用有限元方法计算悬臂压弯构件的弹塑性稳定承载力,并以此为基础对弹性分析的结果进行校验。校验表明弹性等效转换得到的公式可以可靠地应用。同时,还论证了公式可以应用于端部有转动约束的框架柱。最后讨论框架内力采用二阶分析时的柱的βm系数,指出《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)的规定有所误解。     

混合式交错桁架体系在循环荷载下的非线性分析

对交错桁架结构抗震性能的研究很少。采用壳单元和梁单元相结合的三维非线性有限元分析模型,分析了一个混合式交错桁架结构在循环荷载作用下的性能,与试验结果比较表明,此计算模型精确、高效。对此模型进行了循环荷载下的滞回性能分析。结果表明,该结构体系具有较好的耗能能力和抗震性能。     

楔形压弯构件的局部屈曲

楔形变截面门式刚架被广泛地应用于工业与民用建筑中,CECS102:2002<门式刚架轻型房屋钢结构技术规程>(以下简称<规程>)中楔形腹板局部屈曲的计算公式主要来自矩形板,没有考虑翼缘的相关作用,与构件的实际工作状况有一定的差异.基于此,考虑了多种参数的影响,对各种应力比作用下的楔形腹板的屈曲强度进行了大量计算分析,得出了考虑翼缘约束作用的楔形腹板屈曲强度的计算公式.     

激光焊接不锈钢工字形截面中长柱受力性能研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢工字形截面轴心受压中长柱的承载性能,对10根激光焊接不锈钢工字形薄柔截面中长柱进行轴心受压试验研究,结果表明,中长柱的破坏模式均为板件局部屈曲与构件整体弯曲屈曲的相关失稳。同时,基于残余应力试验,验证了已有激光焊接不锈钢工字形截面的残余应力分布模型。基于试验结果验证了有限元模型,对激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压中长柱开展参数分析,研究了几何初始缺陷和残余应力对中长柱稳定承载力的影响,结果表明,残余应力是影响中长柱稳定承载力的主要因素。结合试验和有限元计算结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》中轴心受压构件稳定承载力设计公式的适用性进行评估,并考虑残余应力的影响修正了轴心受压构件整体稳定设计公式的计算系数。采用修正后计算系数的规范公式能准确计算激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压构件的稳定承载力。     

新型交错桁架结构体系的反应谱分析

混合式交错桁架结构不宜用于高烈度地区,为了提高其抗震性能,采用ETABS分别对普通混合式和不同耗能段位置的新型交错桁架结构等4个算例进行弹性反应谱分析,提出了一种新型交错桁架结构?分析结果表明:新型交错桁架结构比混合式交错桁架结构有更好的抗震性能;耗能段设置在桁架上弦比下弦更为合理?     

双层柱间支撑框架在循环荷载下的破坏机理

为研究双层柱间支撑框架(steel two-tiered braced frames,简称STBF)的滞回性能及在罕遇地震作用下的破坏机理,对1个1/2缩尺STBF进行了往复加载试验。在试验基础上,又对31个经试验验证的STBF模型进行了数值模拟。分析了STBF在循环荷载作用下的破坏模式、变形和内力变化规律,研究了柱顶荷载、支撑长细比、支撑截面径厚比和层高比等参数对STBF破坏机理的影响。结果表明：STBF在循环荷载作用下,支撑破坏主要集中在某一层,该层支撑会出现较大支撑平面外屈曲变形,并可能发展为断裂破坏;由于上、下层支撑不同时破坏,导致柱产生支撑平面内弯矩;随着层高比的增大,STBF的耗能能力提高;当轴压比大于0.5或层高比小于0.5时,STBF可能由于柱失稳而过早破坏,建议柱轴压比不应大于0.5,且层高比不应小于0.5。     

双片角钢X形支撑抗震性能研究

为研究双片角钢X形支撑的抗震性能，对5个1/3缩尺试件进行水平往复加载试验，分析单肢长细比(34.5～86.2)和支撑夹角(35°、45°及55°)对双片角钢X形支撑滞回性能的影响。试验结果表明：在满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计要求的情况下，双片角钢X形支撑单肢长细比越大，双肢共同工作能力越差，而单肢长细比对其承载力、刚度和耗能能力影响较小；减小支撑夹角能提高支撑的承载力和抗侧刚度，但承载力退化更快，且疲劳断裂更早发生。采用经试验验证的有限元模型研究了支撑长细比、角钢宽厚比等参数对支撑抗震性能的影响。综合分析有限元和试验结果发现，设计双片角钢X形支撑时不应忽略压杆的承载力贡献，且支撑长细比对压杆屈曲后性能影响较大。提出了适用于双片角钢X形支撑的承载力和压杆卸载系数计算式，承载力计算结果较GB 50017—2017《钢结构设计标准》中计算结果提高了9.2%～43.0%,偏于安全。基于修正后压杆卸载系数，得到此类支撑考虑压杆卸载影响的抗拉承载力计算式，计算结果与试验结果比值介于0.83-0.90之间，可准确且安全地预测双片角钢X形支撑的抗拉承载力。     

交错桁架延性段双槽钢组合截面弦杆往复弯曲性能试验研究

为研究交错桁架钢框架结构中采用双槽钢组合截面的桁架弦杆延性区段的抗震性能,对8个双槽钢组合截面足尺试件进行往复弯曲荷载作用下的滞回性能试验。重点研究了填板间距、侧向支撑设置、加劲肋设置等因素对该类型截面构件滞回性能的影响。试验结果表明：减小填板间距可减小单肢槽钢平面外长细比,防止组合截面试件发生单肢槽钢失稳,保证双肢槽钢共同工作;塑性铰处设置侧向支撑可有效限制塑性铰区域槽钢发生平面外变形,保证试件不发生整体弯扭失稳,提高构件耗能能力;在塑性铰区域设置加劲肋可限制板件的局部屈曲,保证试件在循环加载过程中的耗能机制为“屈服耗能”,提高构件的耗能及转动能力。研究成果可为交错桁架钢框架中双槽钢组合截面桁架弦杆的工程应用提供参考。     

变电站高架柱与人字柱连接节点受力性能有限元研究

对变电站中高架柱与人字柱连接节点的受力性能进行了有限元研究。在对有限元分析结果验证后,通过改变节点处各类加劲板件的参数,对大量模型进行了非线性有限元分析,分析结果表明:高架柱与人字柱连接节点处加劲板及顶板厚度对节点性能影响很小;主要受力加劲板是否插入人字柱对节点性能影响很小,设计该节点时,可仅从人字柱局部变形要求考虑是否需要将主要受力加劲板插入人字柱。分析计算过程及结果可供实际工程参考。     

多层柱间支撑门式刚架结构的纵向抗震性能研究

当门式刚架结构高度较大时,设置多层柱间支撑可为刚架柱提供侧向支承点以减小柱平面外计算长度,从而减小柱截面并节省钢材,是一种合理的做法,然而对采用多层支撑的门式刚架结构纵向抗震性能研究较少.为研究门式刚架结构采用多层柱间支撑时结构的纵向抗震性能,采用有限元软件ABAQUS对按现行相关规范设计的五个门式刚架结构在纵向地震作用下的抗震性能进行了动力弹塑性时程分析,研究多层柱间支撑门式刚架结构在纵向地震作用下的受力性能、破坏机理.结果表明:多遇地震作用下,结构纵向侧移较小,满足变形要求;罕遇地震作用下,结构纵向存在侧移不均匀、支撑塑性破坏及刚架柱在支撑平面内弯曲等问题,不满足抗震要求.本研究深入分析了产生以上问题的原因,为该结构纵向抗震性能的理论分析和工程实践提供参考.