波形钢腹板的弹性剪切屈曲强度

波形钢腹板的剪切屈曲模式主要包括局部剪切屈曲模式、整体剪切屈曲模式和合成剪切屈曲模式。弹性局部剪切屈曲强度和弹性整体剪切屈曲强度虽然已经有明确的计算公式,但与实际数值结果相比尚存一定偏差,而对于实际桥梁中可能发生的合成剪切屈曲模式则无准确的计算方法。该文首先建立了计算波形钢腹板弹性剪切屈曲强度的有限元模型,用以研究波形钢腹板的剪切屈曲行为。随后讨论了影响弹性剪切屈曲强度的关键因素,同时对已有建议公式的准确性和合理性进行了评价和验证。最后通过大量数值分析,建议了可以综合考虑三种剪切屈曲模式的波形钢腹板弹性剪切屈曲强度计算公式,公式精度较高,可供工程设计参考,同时为进一步研究波形钢腹板的抗剪强度奠定理论基础。结论     

剪切型消能连梁的循环屈曲特性研究

该文对剪切型消能连梁的循环屈曲特性展开了试验研究,并建立了连梁的数值分析模型,分析了不同参数对连梁腹板循环屈曲特性的影响规律。研究表明:轴向位移约束对连梁的腹板的屈曲特性基本没有影响,轴力不大时也基本不影响连梁的腹板的屈曲特性。参数分析表明:腹板高厚比对连梁屈曲位移角的影响最为显著;腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值对屈曲位移角的影响也十分明显,但腹板宽高比和横向加劲肋间距与腹板高度的比值超过2之后,其对屈曲位移角的影响变得很小;等效连梁长度系数和材料强化特性对屈曲位移角基本无影响。建立了腹板循环屈曲位移角的理论预测方法,试验和数值验证表明:该方法具有较高的可信性。     

基于势能原理的双轴对称工字梁弹性侧向屈曲研究

该文利用能量方法对考虑腹板畸变的工字梁侧向畸变屈曲、约束畸变屈曲问题进行了初步研究。由于现有的侧向畸变屈曲势能表达式均不能考虑横向分布荷载作用情况,该文首先推导了双轴对称工字梁侧向屈曲总势能一般表达式。该表达式在不考虑腹板畸变时,与经典侧扭屈曲势能表达式等价;在考虑腹板畸变时,可适用于端弯矩、横向集中力及横向分布荷载作用情况。根据所提出的势能表达式并通过合理简化,推导出多跨连续组合梁负弯矩区约束畸变屈曲计算表达式,相应的简化条件及公式均与有限元分析结果进行了比较,验证了合理性。研究成果具有理论和实际意义,为后续侧向畸变屈曲实用设计方法研究提供基础。     

预应力混凝土组合箱梁桥波形钢腹板的屈曲分析

通过解析方法及空间有限元方法研究波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥在各种腹板尺寸参数时,对钢腹板的剪切屈曲应力或临界荷载及屈曲模态的影响。计算及分析结果表明:腹板高度越大,其它参数不变时,屈曲临界荷载随折叠角度的增大而呈抛物线形的增加幅度越小;当腹板折叠角度越大,腹板越厚,其它参数不变时,屈曲临界荷载随着腹板高度的增加呈抛物线形的下降幅度越大。因此,在钢腹板的5个参数中,腹板高度及腹板折叠角度两个参数对腹板的剪切屈曲稳定和屈曲模态起着关键的作用,不能随意用腹板的高厚比来衡量屈曲应力的大小。     

常温及火灾下蜂窝梁腹板屈曲承载力计算方法

采用斜压柱理论模型及有限元方法,研究了常温及火灾下圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板受剪屈曲性能和受剪屈曲承载力计算方法。孔间腹板S/d₀和d₀/t_w的取值范围分别为1.4~2.0和41.4~80.7。在参数分析的基础上,对斜压柱的有效宽度及压力进行修正,用于计算孔间腹板的屈曲承载力;并提出了等效矩形理论,用于计算孔洞截面的受剪屈服承载力。蜂窝梁受剪承载力为孔间腹板屈曲承载力和孔洞截面受剪屈服承载力的较小值。采用修正的斜压柱理论模型和等效矩形理论得到的圆角多边形孔蜂窝梁受剪承载力稍小于有限元结果,比值在0.856~0.978之间。采用修正的斜压柱模型,并按照规范BS5950计算斜压柱屈曲应力,反算火灾下蜂窝梁孔间腹板屈曲温度,得到的火灾下圆角多边形孔蜂窝梁的孔间腹板屈曲温度仅稍低于有限元结果,偏差为0.17%~6.28%。     

圆角多边孔蜂窝梁孔间腹板屈曲承载力研究

提出一种圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板受剪屈曲承载力的分析方法。该孔型蜂窝梁具有与圆孔蜂窝梁相同的良好受力性能,但制作工艺简易且不损失扩展比。采用有限元方法研究了跨中集中力作用下蜂窝梁孔间腹板的屈曲模式和屈曲承载力。有限元分析考虑的参数包括孔间距与孔高之比和孔高与腹板厚之比等。并提出了改进的斜压柱理论模型以用于圆角多边形孔蜂窝梁孔间腹板的屈曲承载力计算。     

格构腹板增强型泡沫复合材料夹层结构腹板平面内屈曲分析

利用有限元数值模拟研究了在平面内荷载作用下,腹板间距、腹板高度、泡沫芯材弹性模量等因素对格构腹板增强型泡沫夹层结构腹板屈曲性能的影响。结合有限元分析结果提出半波数基床系数,采用文克尔地基模型模拟泡沫芯材对格构腹板增强型泡沫复合材料夹层结构腹板的弹性支撑作用,基于Ritz法提出腹板平面内荷载作用下屈曲荷载理论分析方法和计算公式。分析表明:泡沫芯材的存在使得腹板的屈曲特性不同于无芯材时屈曲特性,随腹板高度增加屈曲荷载表现出平稳增加的趋势,屈曲形态呈现出多峰特征的褶皱;腹板间距和高度较大时,泡沫芯材的支撑对腹板的稳定起到主导作用;理论方法分析结果、有限元结果以及试验数据总体上一致。     

大跨径钢-混组合梁桥主梁负弯矩区腹板弯-剪弹性屈曲分析

考虑翼缘弹性转动约束的腹板在弯、剪应力单独作用下的临界屈曲应力表达式可通过里兹能量法进行推导,然而在运用里兹能量法求解弹性转动约束边界下弯、剪复合作用的腹板临界屈曲应力时,会出现难以求解的复杂偏微分式。为掌握边界弹性转动约束的组合梁腹板在弯、剪复合作用下的屈曲特性,该文建立了考虑翼缘弹性转动约束的腹板有限元模型,分析腹板上、下边界弹性转动约束系数χ、弯剪应力比η、弯曲荷载应力梯度λ、宽高比γ 等参数对腹板弯、剪复合屈曲的影响。根据有限元计算结果重新拟合弹性转动约束的弯、剪复合屈曲修正方程,与一个钢-混组合梁负弯矩区腹板屈曲试验结果比较,试验结果与修正曲线误差为2.5%。     

腹板开洞的工形截面拱的平面内特征值屈曲性能

用有限元模型分析了受径向均布荷载的腹板开洞的工形截面圆弧拱的平面内特征值屈曲性能。选用板壳单元构建了有限元模型,得出了较准确的特征值屈曲荷载和屈曲模态,获得了三种典型的特征值屈曲模态;通过选用一种代表开洞拱效率的特征值屈曲荷载参数,研究了腹板孔洞的半径和间距的优化尺寸。通过一系列拱的数值分析,给出了拱的矢跨比、长细比、孔洞的半径和间距对特征值屈曲荷载的影响,并把这些参数的影响归结为两个参数k和α,给出了这种腹板开洞拱的特征值屈曲荷载的简化计算公式。     

腹板屈曲约束钢连梁抗震性能研究

腹板屈曲约束钢连梁通过在钢连梁腹板两侧设置约束板,保证钢连梁在往复剪切荷载作用下腹板剪切屈服后承载力能够持续强化,相比在腹板上设置加劲肋的传统方式,腹板屈曲约束钢连梁的腹板在接近钢材极限剪应变前不会发生面外屈曲,具有优越的耗能能力。通过5个腹板屈曲约束钢连梁的拟静力试验,研究了不同约束方式对钢连梁抗震性能的影响。试验结果表明:所有试件均实现了剪切屈服及承载力强化,破坏模式主要为翼缘、端板焊缝断裂和约束板弯曲破坏。钢连梁的超强系数平均值为1.38,大于《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的最低要求1.1,其中采用50 mm厚的钢筋混凝土约束板和25 mm厚的木板约束板的试件的超强系数超过了1.5。通过建立有限元分析模型进行试验对比验证和参数分析,提出了约束板最小厚度的建议取值,可为实际工程设计提供参考。     

基于弹性扭转约束边界的波形钢板整体剪切屈曲分析

波形钢板的整体剪切屈曲对波形钢腹板PC组合箱梁桥的竖向抗剪设计有重要意义。该文在正交各向异性薄板理论的基础上,利用势能驻值原理和瑞利-里兹法,推导了基于弹性扭转约束边界的波形钢板弹性整体剪切屈曲荷载的分析方法,并给出了几种特殊边界条件下的简化计算公式。计算结果表明:对于四边简支板和四边嵌固板,该方法与现有公式计算结果一致;波形钢板强抗弯刚度方向上的约束条件是影响其整体剪切屈曲的决定性因素,随着该方向上约束的增强,屈曲模式将从四边简支情况向四边嵌固情况过渡;弱抗弯刚度方向上约束条件的影响很小,可以忽略。最后给出了将波形钢板在实际梁结构中受到的边界约束等效为弹性扭转弹簧的方法。     

冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中的转动约束刚度

畸变屈曲是冷弯薄壁卷边槽钢的重要屈曲模式,腹板提供给翼缘板的转动约束刚度是影响其畸变屈曲性能的关键因素之一。该文对冷弯薄壁卷边槽钢弹性畸变屈曲分析中腹板提供给翼缘板的转动约束刚度取值进行了全面深入的研究。首先推导了腹板在8种不同应力情况与变形形状下的转动约束刚度理论计算公式;接着利用这些公式详细讨论了腹板变形形状的影响;最后提出了计算简便且精度较高的转动约束刚度统一近似公式。研究成果为解析法分析卷边槽钢的弹性畸变屈曲、进而提出畸变屈曲荷载的实用计算公式提供了依据和方便。     

RTM整体成型复合材料翼盒的固有模态及稳定性

采用基于水溶性型芯的RTM成型技术制备了整体化的复合材料翼盒, 并对翼盒进行了自由振动模态试验; 采用三维壳单元, 建立了翼盒固有模态及稳定性有限元分析模型, 该模型分析的翼盒固有模态与试验结果吻合很好, 验证了有限元模型的有效性; 为研究翼盒固有模态及稳定性的铺层效应, 采用该模型分析计算了4种铺层方案的翼盒的固有模态及稳定性。研究结果表明: 对称铺层蒙皮有利于提高翼盒轴向压缩与轴向扭转屈曲载荷及固有频率, 而不利于面外弯曲和弯扭组合情况; 腹板减薄和增加腹板45°铺层均不利于提高, 甚至会大幅度降低屈曲载荷及固有频率, 弯扭组合加载最容易导致失稳。     

无背索斜拉桥稳定分析的能量法

无背索斜拉桥在理想的成桥状态下,面内失稳模态为主梁屈曲。将主梁简化成弹性地基梁计算模型,选用正弦级数作位移函数,运用能量方法,提出了主梁屈曲临界荷载的计算公式。结合该类桥梁的结构布置特点,用简洁的连续函数描述主梁轴压力和拉索弹性支承刚度的变化,同时用简单的线形折减系数反映斜塔变形对拉索弹性支承刚度的影响。最后以长沙市洪山大桥为例,用该方法计算了其成桥状态屈曲临界荷载,其结果与有限元解对比具有很好的精度。     

Failure analysis of a collapsed flat gymnasium roof

A 1300 m² flat roof of a three year-old gymnasium collapsed in the early morning of a winter day, fortunately before the opening hours.The snow load was rather high, but still considerably below the design limit. Therefore, the snow could only be the trigger of the collapse. The visual findings, material tests and norm conformity checks pointed towards the buckling of the girder’s stiffener-less web at its supported ends to be the root failure cause. However, relevant contributions of other structural deficiencies still could not be excluded. In order to prove the “buckling-hypothesis”, the optimistic–realistic ultimate resistance of the girders had to be determined and compared with the reconstructed loads acting at the moment of the failure.The present paper focuses on the calculation of the ultimate resistance of the girder’s ends including the non-linear post-buckling process. The procedure consists of a concerted two-stage combination of linear and nonlinear finite element analyses. A sensitivity analysis regarding the girder’s initial geometrical imperfection and the consideration of the real elastic–plastic material behavior were essential to obtain the adequate range of the girder’s ultimate resistance.Based on the quantitative results, the girder’s web buckling under the regular service load due to lack of stiffeners could be proven as the root cause of the accident. The conclusion is supported additionally by the consistency between the retracted collapse and the characteristic visual findings.The presented case study demonstrates the importance of finding the realistic–optimistic load carrying capacity when proving a corresponding failure hypothesis. This required a different approach compared to the stage of design in terms of appropriate assumptions and accuracy.     

考虑二阶效应的拱结构面内弹性屈曲

对拱结构的极值点屈曲及分支点屈曲进行了详细阐述。利用有限元分析程序ANSYS对拱进行非线性分析,考虑结构屈曲前变形对临界力的影响。选取线性屈曲前几阶模态作为扰动位移,对拱的整个受载过程进行跟踪分析,得到拱的屈曲临界力。将矢跨比、跨径及矢高与截面回转半径的比值作为影响参数,分析竖向均布力及径向均布力作用下,无铰拱和两铰拱的屈曲性能。分析表明,屈曲前变形降低了坦拱的屈曲临界力,考虑二阶效应后拱的屈曲临界力与线性屈曲临界力的比值,随矢跨比的减小而减小,随跨径的增大而增大;对于矢跨比较小的坦拱,矢高与截面回转半径的比值将决定拱的屈曲形式。