铝合金半刚性椭圆抛物面网壳静力稳定性分析

针对目前铝合金单层网壳结构中节点形式过于单一的局面,该文首先研发出了一种新型铝合金半刚性节点--柱板式节点。获得了柱板式节点绕强轴、弱轴和扭转三个方向的弯矩-转角曲线,并将其引入到网壳杆件单元模型中,建立了半刚性节点工字型杆件椭圆抛物面网壳的数值分析模型。在此基础上,考虑节点强轴刚度、节点弱轴刚度、节点扭转刚度及跨度和矢跨比等参数影响,对半刚性节点高强铝合金椭圆抛物面单层网壳进行了弹塑性全过程分析,得到了各参数对网壳极限承载力的影响规律,并详细地考察了网壳失稳时的变形形态。研究发现:网壳失稳时,网壳中的柱板式节点均处于弹性状态,说明柱板式节点有较好的刚度,网壳的失稳为伴随杆件扭转屈曲的局部失稳。     

基于组件法的超大承载力端板连接节点弯矩-转角曲线计算方法

超大承载力端板连接节点是一种可以应用于大跨或重载钢结构中的新型梁柱节点形式。为了在结构分析中准确考虑该节点的抗弯承载力和转动刚度,需要确定其弯矩-转角曲线。在已有试验和有限元分析结果的基础上提出了超大承载力端板连接节点的组件模型,引入一种新组件形式并提出了其承载力和刚度的分析方法,基于组件法提出了超大承载力端板连接节点的抗弯承载力和转动刚度的计算方法。综合现有典型的节点弯矩-转角曲线模型的优点,以节点抗弯承载力和转动刚度为基本参数提出了适用于超大承载力端板连接节点的弯矩-转角曲线模型。通过与已开展的试验研究和有限元分析结果进行比较,所提方法得到的节点抗弯承载力和转动刚度较为准确,所提弯矩-转角曲线模型与试验曲线吻合良好,可以应用于采用该节点形式结构的分析和设计中。     

铝合金板式节点单层球面网壳的自振特性研究

为了研究K6型和K8型铝合金板式节点单层球面网壳的自振特性,采用有限元软件ANSYS进行了大规模有限元分析,分析中考虑了矢跨比、跨度、屋面荷载、跨厚比、网格密度、约束条件等参数的影响。基于有限元分析结果,拟合得到了不考虑节点刚度影响时单层球面网壳的基本自振频率估算公式。考虑板式节点刚度的影响,引入基频放大系数,进一步提出了考虑板式节点刚度影响的网壳基频估算公式。将所提出的估算公式的计算值与某铝合金板式节点网壳的实测基频进行了比较,结果吻合良好,证明了公式的有效性。     

焊接球节点单层球面网壳精细化动力分析

单层球面网壳几何非线性影响较为明显,强烈地震作用下有发生动力失稳破坏的可能,节点和杆件在强震作用下会发生较大塑性变形和损坏,从而影响整体结构的抗震能力,因此网壳结构引入节点建模的精细化动力分析尤为重要。而传统单层网壳的分析常把焊接球节点假设为完全刚性节点,未考虑节点弯曲刚度、轴向刚度以及扭转刚度的影响,会过高的估计结构抗震承载力,使结果偏于不安全。采用ANSYS软件中的SHELL181壳单元建立了一个跨度为6 m的K6(2)型包含焊接空心球节点的精细化网壳模型,研究了网壳的频谱特性、水平和三向地震作用下的承载力,以及节点壁厚变化对动力极限承载力的影响。结果表明,节点的塑性发展会影响网壳的动力稳定性,在满足节点壁厚与杆件壁厚比大于1.5时,节点刚度变化对动力极限承载力影响较小。     

考虑有檩体系屋面系统的网壳结构静力稳定性分析

目前,国内外学者已对单层网壳结构的静力稳定性进行了系统分析,但对其屋面系统考虑较少。在实际工程中,屋面系统与网壳结构协同工作,如果忽略屋面系统的作用,既不经济又可能成为结构的安全隐患,该文开展了考虑有檩体系屋面系统的单层网壳结构静力稳定性研究。分析了不同跨度、矢跨比、杆件截面对考虑屋面系统的单层网壳结构静力稳定性的影响规律。同时该文分析了屋面系统中檩条与檩托之间半刚性节点的转动刚度,从而使考虑屋面系统的网壳结构分析模型更加贴合实际情况。     

罕遇地震下双层球面网壳的弹塑性动力响应分析

对54个双层球面网壳模型在罕遇地震下的弹塑性响应进行了计算。网壳模型中杆件截面按非地震工况下的满应力设计确定,并满足小震作用下的结构验算。计算时考虑网壳和下部结构的协同工作。杆单元采用能够同时考虑受拉屈服和受压屈曲的等效弹塑性滞回模型。根据计算结果,考察了网壳跨度、矢跨比、支座连接条件、下部结构形式以及地震波选取对结构塑性区域、塑性发展程度以及残余变形的影响。研究表明,罕遇地震下双层球面网壳的薄弱区域不全出现在临支座区域。当网壳受下部结构约束较强或跨度和矢跨比均较大时,发生残余塑性应变的杆件大多出现在网壳中间圈层区域。跨度、矢跨比和支座条件是影响塑性杆件分布和塑性应变大小的三个敏感因素。但所有模型并没有在罕遇地震下出现倒塌。     

大跨度拉索预应力带肋单层球面网壳的稳定性及应用研究

大跨度预应力带肋单层球面网壳结构的稳定性在设计中起着控制作用,尤其是各种因素(例如矢跨比、布索方式、缺陷及加载方式等)对该结构稳定性的影响还有待深入研究,目前研究多集中在中小跨度的带肋网壳结构动力或稳定性方面。该文对K6型和K8型110m拉索预应力带肋单层球面网壳的稳定性进行了较系统研究。分析了四种不同矢跨比、两种布索方案、四种初始缺陷和三种加载方式等因素对稳定性的影响;得到了不同因素对结构稳定性影响的关系曲线,找出了最优布索方案和矢跨比,并与天津市体育中心体育馆进行结构性能和耗钢量比较,结果表明:该结构形式能充分发挥材料性能,提高了极限承载力,与原结构相比节省了25.7%的钢材,经济效益显著,对于将来工程实践具有参考和指导意义。     

基于损伤的单层球面网壳结构地震剩余承载力评估与优化分析

为准确模拟地震作用下杆件损伤对单层球面网壳结构剩余承载力的影响,该文基于"拟壳法"思想,推导了单层球面网壳结构最薄弱网格区域内杆件损伤与结构剩余承载力的关系式,建立了基于损伤的单层球面网壳结构地震剩余承载力评估模型,并以跨度80m的K8型单层球面网壳结构为例,开展了不同地震作用下单层球面网壳结构地震剩余承载力评估与优化研究。结果表明:建立的评估模型能够快速、准确评估薄弱网格区域处的杆件损伤对单层球面网壳结构地震剩余承载力的影响程度;应用该评估模型对单层球面网壳结构进行地震损伤优化,可明显提高结构的地震剩余承载力。     

单层柱面网壳强震失稳分析中考虑节点刚度影响的简化模型研究

在进行单层柱面网壳强震失稳分析时,采用能考虑球节点轴向刚度和弯曲刚度耦合的壳单元精细化模型固然好,但是壳单元模型的单元数目太多,相对于一般的梁单元简化模型的计算量是非常大的。然而,一般简化模型由于不考虑节点刚度的影响,强震下地震响应分析的结果误差又较大。因此,在简化网壳模型的基础上建立了能等效精细化网壳模型的相对简化模型,此模型在节点区域用梁单元代替空心球节点,通过减小节点区杆件的刚度,可以明显改善模型的分析精度,而且采用模型后计算量增加不大,所以此模型更适合进行此类结构的强震失稳分析。     

铝合金单层球面网壳的非线性稳定分析

以K8型单层球面网壳结构为例,采用有限元分析软件ANSYS进行建模和计算,对铝合金网壳进行了几何非线性稳定分析,讨论了矢跨比、荷载分布形式、初始缺陷和支承条件对网壳稳定性承载力的影响。通过与钢网壳比较,得到了一些关于铝合金单层球面网壳稳定性的结论,可为相关的工程设计提供参考。     

形状记忆合金丝加固古建筑木结构直榫节点抗震性能研究EI北大核心CSCD

古建筑木结构中的半刚性榫卯节点在地震中往往先于梁柱等构件发生破坏,是加固保护的关键部位。设计了一种新型形状记忆合金(SMA)丝预防性加固装置,对采用该装置的5个直榫节点及1个未加固节点进行了低周反复荷载试验,研究了采用不同根数和不同预拉应变的SMA丝加固节点的破坏形态、弯矩-转角关系、强度退化、刚度退化、耗能性能、自复位能力以及变形能力,并提出了SMA丝加固直榫节点的抗弯承载力计算方法。结果表明:SMA丝加固节点的抗弯承载力均有不同程度的提升,加固节点的最大抗弯承载力为未加固节点的1.49倍;与未加固节点相比,加固节点的强度退化不严重,表明SMA丝可以在节点转角较大时,仍能持续为节点提供抗弯承载力;加固节点最大转动刚度是未加固节点的2.24倍;随着节点转角的增大,未加固节点的耗能能力逐渐减小,而加固节点的耗能能力先增大后减小;在相同的转角下,随着SMA丝根数和预拉应变的增加,节点相对残余变形均减小,自复位能力增强。研究成果可为古建筑木结构榫卯节点的预防性加固保护提供参考。     

强震下弦支穹顶结构的动力性状精细化研究

为了探索强震下材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域对弦支穹顶结构动力性能的影响,通过对承受轴力和弯矩共同作用的焊接球节点的有限元分析,得到考虑材料损伤累积的焊接球节点M-θ曲线,建立考虑材料损伤累积的半刚性节点、节点刚域模型,然后对5个分别考虑节点半刚性、节点刚域及材料损伤累积的弦支穹顶模型进行对比分析。结果表明:考虑材料损伤累积、节点半刚性使结构塑性发展充分,结构刚度更趋向均匀,会引起结构破坏位置、失效模式及结构延性的转变。考虑材料损伤累积、节点半刚性及节点刚域等对弦支穹顶的动力性能有较大的影响。     

一种新型装配式梁柱节点抗震性能试验研究

提出一种新型装配式全栓接的方钢管柱H型梁梁柱节点。为研究节点的抗震性能,对6个1:2试件进行了拟静力试验。分析轴压比、抗弯、抗剪螺栓预拉力、槽形钢厚度、狗骨式连接等参数对节点的破坏模式、滞回性能、延性的影响。研究结果表明:在0.2~0.4范围内提高轴压比,节点的极限承载力略有降低,但耗能能力和延性均有提高;降低抗剪螺栓的预拉力,节点的极限承载力,耗能能力与延性均有降低;降低槽形钢的板厚,节点承载力微有提高,节点梁柱相对转角提高,但耗能能力降低;降低抗弯螺栓预拉力,节点的极限承载力提升,但耗能能力与延性均有降低;采用狗骨式连接,虽然梁翼缘削弱部位在加载后期出现撕裂,但节点表现出良好的延性和耗能能力以及稳定的刚度退化性能。节点层间位移延性系数μ=2~2.66,弹性层间位移角φ_y=0.0208~0.0327,弹塑性层间位移角φ_u=0.0486~0.079,梁柱相对极限塑性转角θ_u=0.05~0.087。极限荷载时等效粘滞阻尼系数h_e=0.287~0.45,试验结果表明节点具有良好的抗震性能。     

冷弯型钢组合截面T形节点抗震性能研究

冷弯型钢在低层住宅结构中应用广泛,国内已有相应规范出版,但对冷弯型钢组合截面缺少相关设计规定。该文选择双肢冷弯C型钢背靠背带垫板的截面形式,对其抗弯节点进行抗震性能研究,采用试验与有限元分析相结合的方法,研究了节点板厚度、螺栓间距、C型钢厚度和腹板高度等参数对节点抗震性能的影响,发现该类节点的破坏特征符合抗震设计要求,滞回曲线饱满,承载力退化稳定、初始刚度大、刚度退化较为严重、耗能性能和延性较好。在相关参数中节点板厚度和螺栓间距对节点抗震性能的影响最大。C型钢厚度和腹板高度增加能明显提高节点的极限承载力。螺栓间距的增加会使节点承载力略有提高,但节点的耗能性能变差。     

H型钢梁与矩形钢管混凝土柱平齐式端板单边螺栓连接节点弯矩-转角分析模型

为预测通过平齐端板和单边螺栓连接的钢管混凝土节点的弯矩-转角关系,该文提出基于极限弯矩、初始转动刚度和形状参数的三参数指数模型。考虑节点的可能破坏模式,提出节点极限弯矩的计算方法,基于组件法建立节点初始转动刚度分析模型,仅需节点构造尺寸和材料特性便可得到节点的极限弯矩和初始转动刚度预测值。弯矩-转角关系模型、极限弯矩计算方法、初始转动刚度模型和预测的节点破坏模式与试验结果均吻合较好。该文提出的分析模型简便、准确,避免大量试验研究和有限元模拟,能够适用于半刚性组合框架节点的分析和设计。     

L形圆管节点的强度和刚度

L形圆管节点主要以受弯为主,不同于管桁架中的普通节点。采用简化理论方法对L形圆管节点的强度和刚度进行了分析,横向正应力的存在对节点域钢管具有“捏合”作用,从而降低了节点的刚度和承载能力,无加劲肋的L形管节点属于半刚性连接。影响横向正应力大小的主要因素是钢管的夹角、连接方法和构造措施。根据理论分析结果并结合工程实际提出了L形管节点的参考计算方法和设计建议,最后采用有限单元法对理论计算方法作了验证,取得了一致性的结论。     

输电钢管塔典型塔脚节点承载力研究

为研究输电钢管塔典型塔脚节点受力性能,建立了直线塔TZ2多尺度有限元模型,分析塔脚节点在设计荷载下的应力分布状态,以及极限荷载下的塑性发展过程。依据塑性扩展等效原则,设计了三组足尺简化塔脚节点试件,进行塔脚节点静力加载试验,研究其在轴力和弯矩共同作用下塔脚节点应力分布、塑性发展、破坏模式及极限承载力。同时,考察简化塔脚节点模型和多尺度模型中对应的试验测点应力值,并与试验结果对比。通过试验研究并结合数值计算可得:塔脚节点最终破坏模式表现为环板上部主管管壁鼓曲破坏。当塔脚节点次应力比值（弯曲应力与轴应力比值）小于30%时,设计时可以忽略次应力的影响。     

钢管混凝土柱-双面组合作用梁框架节点抗震性能试验研究

为了研究钢-混凝土双面组合作用梁框架节点的抗震性能,设计了3个钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点和1个普通钢-混凝土单面组合作用梁十字形框架节点,并对其进行低周往复加载试验,对比分析其破坏模式、极限承载力、初始刚度、耗能能力、延性、刚度退化等抗震性能指标;通过改变下部混凝土板厚度和传力方式,研究下部混凝土板不同厚度和不同传力方式对双面组合作用梁力学性能的影响。结果表明:与普通钢-混凝土单面组合作用梁框架节点相比,钢-混凝土双面组合作用梁十字形框架节点具有更高的承载力和刚度,适用于荷载较大的结构,但在延性、刚度退化和耗能能力等方面无明显优势;下部混凝土板采用集中传力和均匀传力的方式对双面组合作用梁抗震性能的影响无明显区别;下部混凝土板采用预制法制作和螺栓连接更加方便、可靠。     

无侧移半刚接钢框架柱考虑剪切变形影响的计算长度系数研究

通过引入梁柱线刚度比修正系数考虑节点连接的非线性,采用变刚度螺旋弹簧模拟节点半刚性,推导了无侧移半刚接钢框架考虑剪切变形影响柱子的计算长度系数计算公式。分析结果表明,当柱子的长细比较小时,在进行半刚接无侧移钢框架稳定分析时,柱子的计算长度系数考虑剪切变形和不考虑剪切变形二者有明显区别。由于钢框架半刚性节点对柱子的约束能力较弱,稳定分析中忽略剪切变形影响对柱子稳定计算将产生一定误差。考虑剪切变形影响与不考虑剪切变形影响两种情况相比较,柱子计算长度系数μ值增大的范围为5.6%―10.2%。因此在对无侧移半刚接钢框架柱子进行稳定分析时,应考虑剪切变形对柱子稳定承载能力的不利影响。