混凝土约束型防屈曲支撑有限元分析

普通支撑在荷载作用下易发生受压屈曲造成支撑刚度和承载力急剧下降,结构延性差。防屈曲支撑通过在支撑外围设置屈曲约束构件,有效约束支撑受压屈曲,保证支撑在整体失稳破坏前核心受力构件达到全截面屈服,使支撑在使用中屈曲耗能而不屈服,因此可用防屈曲支撑代替普通支撑。防屈曲支撑耗能的关键是核心受力构件与外围约束构件之间的间隙。间隙太小,可能导致核心受力构件过早局部屈服;间距太大,则外围约束构件发挥不了套箍作用,因此间隙的取值是防屈曲支撑设计的关键。本文提出一种混凝土约束型防屈曲支撑,并通过有限元计算分析核心受力构件与外围约束构件之间的间隙对其受力性能的影响。结果表明:本文设计的混凝土约束型防屈曲支撑能较好地发挥核心受力构件的承载能力,外围约束构件与核心受力构件间隙为1～3mm时,有良好的耗能能力。     

BRB支撑端部连接构造对承载力影响研究

针对苏州市新区枫桥工业园改造一期6#楼屈曲约束支撑进行设计承载力试验,采用ABAQUS模拟构件受力过程,对试件的荷载位移进行对比分析,基于试验试件,考虑螺栓个数及角钢长度、角钢厚度等设计参数,设计了 3组9个试件,并采用ABAQUS软件对其进行了单调荷载下的数值模拟,得到BRB支撑的力学性能,结果表明:1.2倍厚的角钢能提高BRB支撑构件的承载力;而增加一排螺栓能有效提高长宽比小的BRB支撑构件的承载力,防失稳效果明显提升.     

波浪腹板连接的双核防屈曲支撑承载力及滞回性能研究

提出一种用波浪腹板连接的双内核防屈曲支撑(简称CW-BRB)。CW-BRB由浪腹板连接两个内置一字板 内核的全钢约束矩形钢管组成,且两个一字板内核在伸出外围约束构件端头前后均通过肋板加强形成H形截面 ,整体外围约束的抗弯刚度及内核端部强度均获得极大改善,承载力设计效益显著提高。首先,简要介绍波 浪腹板剪切变形对CW-BRB弹性屈曲荷载的影响,为计算其约束比或正则化长细比提供依据。其次,重点研究 CW-BRB受力性能,通过建立CW-BRB的壳单元模型,分析其单调加载承载力与反复拉压荷载作用下的滞回性能 ,研究约束比变化对其受力性能与破坏机理的影响。最后,设计了1根单波浪腹板和1根双波浪腹板连接的 CW-BRB进行反复加载滞回性能试验研究,并采用壳单元及壳单元位移耦合技术建立CW-BRB试验试件的精细化 有限元模型,进行反复拉压荷载作用下的滞回性能数值模拟分析。试验结果与有限元计算结果吻合较好。     

一种四槽钢组合约束型防屈曲支撑的外围约束机理与约束刚度取值研究

四槽钢组合约束型防屈曲支撑的外围构件由4个槽钢通过沿纵向分布的多组螺栓拼装而成,外围构件的连接呈现离散的分布特征,故其外围约束机理与约束刚度计算理论较为复杂。相比外围整体式防屈曲支撑而言,这类装配式组合防屈曲支撑的外围约束刚度要考虑螺栓连接的影响。绕x轴弯曲时,外围构件刚度的折减效应主要由螺栓连接附近处的槽钢板件的面内与面外变形产生;绕y轴弯曲时,折减效应主要源自上、下槽钢的扭转变形。详细剖析了这两种情况的受力机制,并结合理论推导与数值分析,分别给出了绕不同主轴弯曲时的外围约束刚度的简化计算方法。该方法得到了精细有限元数值计算结果的验证。     

全钢型分离式防屈曲支撑的约束比取值研究

全钢型分离式防屈曲支撑,在两端铰接时,两个内核构件独立伸出外围约束构件后端部通过肋板连接,形成较强的端部接头,由于这种端部构造以及内核之间有一定距离,内核与外围约束构件之间相关作用较复杂。鉴于传统的约束比限值计算公式不再适用,对其约束比取值进行了研究。考虑支撑整体几何初始缺陷的影响,依据其失稳机理将其侧向变形分解为正弦型变形和余弦型变形,分别计算两种变形下的跨中侧向变形,按计算所得比例组合得到实际的跨中侧向变形,所得的轴向荷载与跨中侧向变形曲线与有限元分析结果吻合较好。利用外围约束构件截面最大受弯承载力不小于考虑二阶效应跨中弯矩的控制条件,并在常见设计参数范围内进行有限元分析与拟合,得到实用的约束比限值计算式。有限元分析结果表明,该方法可用于预测分离式防屈曲支撑在静力单调轴压作用下的受力性能。     

两端铰接防屈曲支撑的受力性能及设计方法

在两端铰接的防屈曲支撑中,内核构件的端部构造不仅影响端部构件段的承载力,而且影响支撑的整体受力性能。通过理论推导与有限元分析,对内核构件端部具有外伸屈服段、加强段的两端铰接防屈曲支撑的破坏形式以及整体受力性能进行了研究。研究表明：在轴压力作用下,内核构件外伸屈服段、加强段会发生侧向变形,进而对外围约束构件产生附加偏心距,对外围约束构件的受力不利;当内核构件外伸段过长时,外伸段会发生弯折破坏。对端部局部内核构件段隔离体作受力分析,可得到一种简化计算模型,采用迭代算法,可偏于安全地确定内核构件外伸段变形对外围约束构件端部产生的附加偏心距。考虑附加偏心距的影响,给出了两端铰接防屈曲支撑的整体设计方法。     

角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱轴压性能及承载力计算

为研究角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压力学性能,对26个该类组合柱试件及3个角钢约束混凝土柱对比试件进行了单调静力轴心受压试验。观察试件的破坏形态,得到试件的承载力和荷载-变形曲线。通过试件受力全过程的破坏形态、损伤演化、荷载-变形曲线、截面约束应力分布等分析角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的复合约束机理和失效性态。基于Mander本构模型,通过划分不同的混凝土约束区,提出该类组合柱的轴压承载力计算方法。研究结果表明：角钢螺旋筋复合约束混凝土组合柱的轴压破坏过程及形态与角钢约束混凝土柱相似,但是其裂缝发展、混凝土剥落的过程更为缓慢;荷载-变形曲线更为饱满,损伤发展也更慢;承载力、延性和耗能能力都有显著提高;所提出轴压承载力计算方法的计算结果与试验结果吻合较好。     

装配式防屈曲支撑设计理论的研究进展

介绍了近年来各国学者提出的几种装配式防屈曲支撑形式;在此基础上,阐述了内核构件与外围约束构件的相互作用机理,外围约束构件刚度折减等装配式防屈曲支撑设计理论问题;讨论了保证外围约束构件整体工作对螺栓强度和螺栓间距的要求;最后对防屈曲支撑框架节点性能的研究现状进行了总结.     

双矩管带肋约束型装配式防屈曲支撑的设计方法

提出了一种新型防屈曲耗能支撑,即双矩管带肋约束型H型截面装配式防屈曲耗能支撑,利用有限元纤维模型进行了大量算例分析,揭示了其受力规律和工作机理,并建立了一套完整的基于构件层面的设计方法,包括外围构件的刚度和承载力要求、加劲肋间距控制条件以及长螺杆连接件截面设计等;研究了外围约束刚度的变化对防屈曲构件性能的影响。分析结果表明:该新型防屈曲耗能支撑的设计方法可为工程应用提供参考和指导。     

热轧H型钢组合柱轴压承载性能研究

热轧H型钢组合柱是由热轧H型钢与钢板焊接拼合而成,并在内部灌注混凝土形成钢-混凝土组合截面构件。为研究热轧H型钢组合柱的轴压承载性能,完成了3个热扎H型钢组合短柱轴压试验,得到了试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系曲线和荷载-应变关系曲线等。建立了经试验验证的精细化有限元模型,并以钢材强度、混凝土强度和长细比为关键参数进行分析。研究结果表明:热轧H型钢组合柱的延性很好,但是试件端部H型钢外伸翼缘由于约束较弱,所以轴压荷载作用下先行屈曲;试件截面中部腹板拼接焊缝处钢板的宽厚比较大,易出现局部稳定问题;采用的有限元模型可准确模拟试件在轴压荷载下的破坏形态、荷载-位移关系等。在混凝土强度等级C20~C90、钢材强度等级Q235~Q420范围内,基于试验和有限元分析结果,提出钢-混凝土组合构件的轴压短柱承载力和中长柱的稳定承载力计算公式,公式计算结果与试验值及有限元分析值吻合较好。     

复合受力状态下矩形钢管相贯节点的试验研究

本试验研究工作的主要目的是掌握特定节点型式在特定外力条件下的工作性态,并与有限元计算结果进行对比,检验其正确性,为理论公式提供试验佐证。共选择了4个不同型式的节点,分别为K、KT、T、TT型。本文较详细地介绍了在复合受力状态下———同时承受腹杆轴力及弯矩时,4个矩形钢管相贯节点模型试验的过程,包括针对特殊受力形式的试验装置及加载装置的设计、测点布置、加载方案等。对于模型的应力发展过程及试验结果,也逐一进行了分析。试验结果表明,有限元计算的可靠性是有保证的;节点的型式不同,其形态破坏也不同;与节点连接的腹杆愈多且不处于同一平面上,则节点受力愈不利;应特别注意受拉焊缝的质量控制。     

大跨度装配整体式钢-混凝土组合空腹楼板受力性能试验研究

长沙市某多层大跨度工业厂房采用装配整体式钢-混凝土组合空腹楼盖结构,为评价该结构体系的安全状况,采用缩尺模型试验和有限元分析相结合的方法对30m×30m楼盖结构进行了动力特性和力学性能研究。结果表明：组合空腹楼盖下层钢肋处于拉-弯、上层混凝土肋板处于压-弯的受力状态,从支座到跨中,其轴力逐渐增大而弯矩逐渐减小,应力分布比较均匀;剪力键主要承受弯矩和剪力,从支座到跨中,其弯矩和剪力逐渐减小。在竖向荷载作用下,楼板以弯曲变形为主,试验最大挠度为16.63 mm,为跨度的1/361。结构前8阶振型均为竖向振动,振动规律类似于实体平板,基本频率的理论计算值与实测值分别为3.3 Hz和3.0 Hz。对比试验数据与有限元分析结果二者吻合较好,验证了理论分析与原型结构设计的正确性。     

冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法

为了研究冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力,对15根轴心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并采用有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元计算结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性,然后对典型截面构件进行大量的有限元参数分析。研究结果表明：冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件的极限承载力随着构件翼缘宽厚比、腹板高厚比、长细比以及钢材强度的增大而减小。通过参数分析得到了考虑局部屈曲、整体屈曲和畸变屈曲影响的构件屈服强度折减系数,提出了冷弯薄壁卷边槽钢轴心受压构件承载力计算的折减强度法及其相应计算公式,且通过试验验证了本文折减强度法计算卷边槽钢轴心受压构件极限承载力的适用性。     

单项受力状态下矩形钢管相贯节点的承载力研究

国家游泳中心采取了特殊的结构型式,使其矩形钢管相贯节点,除双平面的几何特性外,同时承受轴力和不可忽视的双向弯矩。本文的目的是研究不同型式的矩形钢管相贯节点在单项受力状态下———腹杆分别承受轴力、平面内弯矩、平面外弯矩时的承载力计算公式;节点型式主要包括T、TT、K、KT等4种单平面和多平面节点类型。以直角T型节点的单项承载力研究为基础,通过大量的有限元计算,并对计算结果进行回归分析得出节点承载力计算公式。本文还对各类节点的失效形态进行了分析。     

复合受力状态下矩形钢管相贯节点的承载力研究

国家游泳中心的矩形钢管相贯节点,除双平面的几何特性外,同时承受轴力以及不可忽视的双向弯矩。本文的目的就是解决此类节点在这种特殊受力状态下的强度校核问题。研究工作以矩形钢管相贯节点在单项受力状态下的计算公式为基础,利用大量的有限元计算结果,回归得出T、TT、K、KT等4种类型节点在复合受力状态下———节点同时承受轴力、平面内弯矩、平面外弯矩中的两项或三项时的承载力计算公式。根据计算结果,本文还讨论分析了各类型节点的失效形态。研究表明,节点校核公式和破坏形态与节点的受力状态及节点的几何因素有关,如轴力的大小、弦杆截面高度及壁厚等。     

Tests and finite element analysis of pin-ended channel columns with inclined simple edge stiffeners

This paper presents an experimental investigation and a finite element analysis on cold-formed channels with inclined simple edge stiffeners compressed between pinned ends. Compression tests of pin-ended channel columns with inclined simple edge stiffeners have not been performed till now. A total of 36 channel specimens including three different cross sections with different edge stiffener inclined angles and column lengths were tested. Detailed measurements of initial geometric imperfections and material properties of the specimens were also conducted before the above tests. Failure modes include local buckling, distortional buckling, flexural buckling and interaction among these buckling modes were observed in tests. The results indicate that inclined angle and loading position significantly affect the ultimate load-carrying capacity and failure mode of specimens. Moreover, a non-linear finite element model was developed and verified against tests. Geometric and material non-linearities were included in the model. Results from the finite element analysis agree well with experimentally ultimate loads and failure modes. However, it should be improved on prediction for certain displacement.     

Design for openings in equal-angle cold-formed steel stub columns

This paper is concerned with the ultimate load capacity of non-perforated and perforated equal-angle cold-formed steel stub columns. An experimental study has been undertaken to investigate the behavior of such members and several column specimens were tested to failure under axial or eccentric loading. The experimental results were used to establish the accuracy of a finite element model proposed in this study and the modeling was used to carry out a parametric study. The study covers parameters such as plate slenderness ratio of the cross-section, perforation shape, size and number. A simplified design formula is proposed to determine the ultimate load-carrying capacity using the data obtained from the parametric study. The accuracy of the proposed formula is established by comparison with the experimental and finite element values.     

轴心受压钢管混凝土曲杆的试验研究

进行了18组轴心受压钢管混凝土曲杆的试验,研究了管截面形状(圆形、方形)、初始位移(0～30mm)及长细比(20和60)对曲杆性能的影响。分析钢管混凝土曲杆的性能和破坏模型,并与无初始应变的偏心受压普通钢管混凝土比较。采用有限元模型,分析了轴心受压下钢管混凝土曲杆的全范围荷载-位移曲线。最后,将试验结果与AIJ-2008、AISC-2005、BS5400-2005、DBJ/T13-51-2010、EC4-2005等现行规范进行对比分析。     

弯剪共同作用下不锈钢薄腹梁承载性能试验研究

为研究不锈钢薄腹梁在弯矩和剪力共同作用下的承载性能,进行了6根焊接工字形截面不锈钢梁的试验研究。结果表明,所有梁试件的破坏形态为结合了腹板剪切屈曲和受压区板件局部鼓曲的弯剪联合屈曲。建立精细有限元数值模型对试验过程进行模拟,同时考虑了不锈钢材料、几何双非线性,局部几何初始缺陷和焊接残余应力的影响。基于得出的试验和有限元分析结果,对我国《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)中考虑腹板屈曲后强度的梁弯剪相关计算方法进行评估。分析表明：当梁的极限承载力受剪切控制时,腹板正则化宽厚比较大时的规范计算承载力偏于保守,而正则化宽厚比较小时的计算承载力与试验和有限元分析结果较为接近;当梁的极限承载力由弯剪共同作用控制时,规范中公式的承载力计算值偏于安全。总体而言,GB 50017—2017的计算方法可以直接应用于计算不锈钢焊接截面梁在弯剪共同作用下的极限承载力。