平面钢管桁架拱平面外稳定试验研究与有限元分析

对2个跨度为10 m的圆弧形平面圆钢管桁架拱模型进行全跨均布荷载作用下的静力试验研究,分析了平面钢管桁架拱的平面外稳定承载力。引入平面外转动弹簧单元、水平位移弹簧单元,建立弹簧-杆系有限元模型,对试验模型进行非线性有限元分析。试验和有限元分析结果表明：下弦杆无平面外支撑的平面钢管桁架拱,在极限状态时,受压上、下弦杆发生侧向弯曲失稳,并引起整体平面外弯曲失稳破坏;圆钢管相贯节点的平面外转动刚度对试验模型的平面外稳定承载力影响显著。弹簧-杆系有限元分析结果与试验结果较为吻合,可为同类型结构的平面外稳定分析、设计提供参考。     

平面钢管桁架的面外稳定分析模型研究

受压主管无面外支撑的平面钢管桁架的承载能力主要由其平面外的稳定性控制,而其面外稳定性又主要取决于桁架相贯节点的面外转动刚度。推导K型对称圆钢管相贯节点的面外转动刚度计算公式,进行数值验证,在此基础上建立平面钢管桁架面外稳定分析的杆系有限元模型。进行平面钢管桁架面外稳定性的足尺试验研究,与杆系有限元模型的计算结果进行对比分析。数值分析和试验研究表明:提出的平面钢管桁架的面外稳定分析模型具有较高的计算精度,可以应用于实际工程的分析和设计。     

轴力下空间TK型圆钢管相贯节点的承载力分析

空间TK型圆钢管相贯节点在大跨度空间桁架中已得到广泛应用,但目前关于该节点极限承载力的计算方法尚不完善。本文在试验的基础上,对36个该类节点进行双重非线性有限元分析,计算其极限承载力并探索不同几何参数和加载方式对其的影响规律 同时借鉴平面K型圆钢管相贯节点承载力计算公式,考虑空间效应的影响,提出了空间TK型圆钢管相贯节点的承载力建议公式,经对相关试件进行计算,结果表明与试验结果吻合良好。     

苏州国际博览中心屋盖结构分析和并联K形圆钢管相贯节点研究

本文介绍了苏州国际博览中心大跨变高度立体管桁架屋盖结构整体性能分析和并联K形圆钢管相贯节点的大比例试验及非线性有限元分析。分析表明以下弦双钢管为特征的倒梯形立体管桁架的动力特性非常理想;将部分支座改为可滑移支座能有效减小大面积屋盖的温度内力,同时也有利于减小结构的地震反应;考虑大跨结构P-δ效应,对桁架上下弦杆的影响较明显,对腹杆的影响相当小。并联K形圆钢管相贯节点试验和有限元分析结果表明这种节点在正常使用状态下带一定范围塑性区工作是安全的,且具有较高承载能力和较好的延性;其破坏模式不同于平面K形节点,连系支管能起到有效的约束作用并影响到主管壁上的应力分布和发展。研究成果为这种规范尚未涵盖的空间相贯节点的设计提供了可靠依据。     

单层网壳X型圆管节点平面外抗弯刚度的参数分析与计算公式

实际工程中遇到需要考虑X型圆钢管相贯节点平面外抗弯刚度的情况,而目前这方面的研究较少。通过试验结果与有限元分析结果的对比论证了有限元分析的可行性,在此基础上通过单参数分析明晰了影响节点平面外抗弯刚度的主要因素,然后通过正交模型设计与分析得到了X型圆钢管相贯节点平面外抗弯刚度参数计算公式,最后检验了公式的适用性。     

火灾下圆钢管混凝土柱温度场数值模拟

为研究圆钢管混凝土柱在火灾下的温度分布及火灾后的力学性能,利用有限元软件ABAQUS对火灾下圆钢管混凝土柱温度场进行计算和分析.分析结果表明,砂浆保护层的存在对内部钢管和混凝土有效地起到了阻火、隔热作用.采用有关试验数据与计算结果进行了对比,证明使用ABAQUS进行截面温度场的计算具有足够的精度,其方法是切实可行的.     

灌浆圆钢管压陷极限承载力试验研究

通过9个灌浆圆钢管压陷承载力试验,考察了支杆与弦杆直径比、弦杆所受轴力的性质与大小等参数对灌浆圆钢管压陷承载力的影响。由试验得出:随着灌浆圆钢管支、弦杆直径比的增大或弦杆上轴向压力的施加,其压陷承载力也相应增大;对弦杆施加轴向拉力,灌浆圆钢管压陷承载力提高程度不明显,灌浆圆钢管压陷破坏属于延性破坏,具有良好的的强度储备。有限元数值模拟分析除考察了模型试验所考察的参数之外,还考察了弦杆尺寸、弦杆壁厚、水泥石强度、弦杆钢材强度等参数对灌浆圆钢管压陷承载力的影响,在模型试验和仿真试验的基础上,分析了灌浆圆钢管压陷机理,建立了灌浆圆钢管压陷极限承载力公式,为推广内置钢桁架混凝土组合梁提供了基础性素材。     

圆钢管混凝土桁架K形节点极限承载力计算方法研究

圆钢管桁架在主管内填筑混凝土,可有效提高其承载力。为了获得圆钢管混凝土桁架K形节点受力性能和承载力计算方法,研究了在受拉或受压支管处K形节点的失效模式和破坏机理;基于圆钢管混凝土K形节点在不同失效模式下的破坏机理和受力状态,分别对支管截面形式为圆形或矩(方)形的圆钢管混凝土K形节点建立合理的简化计算模型,推导出不同失效模式下K形节点极限承载力计算公式,并给出相应的极限承载力建议公式。试验验证了圆钢管混凝土K形节点的试验值与计算值吻合较好,研究表明圆钢管混凝土K形节点的极限承载力计算公式的准确性,可应用于圆钢管混凝土桁架结构计算和设计,也为相关标准建立和完善提供理论依据。     

圆钢管混凝土边框多重组合低矮剪力墙的抗震性能

为了解钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙这种新型多重组合剪力墙的抗震性能,进行了3个剪跨比为1.0的低矮剪力墙低周反复荷载试验,包括1个普通混凝土剪力墙、1个圆钢管混凝土边框剪力墙和1个圆钢管混凝土边框内藏钢桁架剪力墙;对比分析了3个低矮剪力墙的实测承载力、延性、刚度及其退化过程、滞回特性、耗能能力及破坏特征;使用简化力学模型计算了各剪力墙的承载力,计算结果与试验结果吻合较好。结果表明:圆钢管混凝土边框内藏钢桁架低矮剪力墙的抗震性能比普通混凝土低矮剪力墙显著提高,比圆钢管混凝土边框低矮剪力墙明显提高。     

Experimental research on surface residual stress of high strength welded circular steel tube based on hole-drilling strain-gage method

为研究高强焊接圆钢管残余应力分布模式，基于盲孔法对21个高强焊接圆钢管的5个外表面、1个端部内表面纵向残余应力分布进行测量；对盲孔法应变释放系数A、B进行平面试验及平面有限元标定，验证有限元标定的可靠性；进行柱面有限元标定并依据形状改变比能修正法对试验测量结果进行塑性修正，提出埋弧焊接、高频焊接圆钢管外表面纵向残余应力分布模型。研究结果表明：柱面有限元模型可弥补应变计弧面形状造成的误差，与平面试验标定结果相比，对于截面规格为φ325×8的埋弧焊接圆钢管标定系数A误差可达6.1%，对于截面规格为φ356×10的埋弧焊接圆钢管，标定系数B误差可达5.0%；与平面有限元模型标定结果相比，由柱面标定得到的应变释放系数A随直径增大而减小、系数B随直径增大而增大，并逐步趋近于平面标定结果。沿着焊接方向1/4、1/2、3/4柱高截面最大纵向残余应力数值相近，最大残余拉、压应力分别为0.96fy、-0.27fy。高频焊接圆钢管端部内表面与外表面残余应力分布模式不同，外表面以残余拉应力为主且最大为0.46fy，内表面以残余压应力为主且最大为-0.37fy。提出的纵向残余应力分布模型与实测数据吻合较好。     

一类带暗支撑剪力墙结构的承载力有限元分析

采用有限元软件ADINA对一类带暗支撑剪力墙结构进行了承载力分析,引入正交试验设计方法来确定模拟试件的数量与相关参数。对比真实试验结果和ADINA模拟试验结果,验证了正交试验设计方法在计算机模拟试验中的可应用性和使用通用有限元软件ADINA进行剪力墙结构模拟分析的可行性。     

钢筋混凝土梁式桥承载能力的有限元简化算法

常规钢筋混凝土有限元分析中,由于结构非线性的存在,计算收敛困难、计算时间过长。通过平截面计算假定,引入单元节点自由度的约束方程,提出了承载能力有限元计算的简化方法。通过与试验资料及常规有限元方法的对比,验证了简化计算方法的适用性和可靠性。最后,以实例介绍了该方法在桥梁评估中的应用。     

岩土边坡稳定性分析的模糊有限元方法研究

针对边坡工程稳定性评价的岩土力学参数的模糊性,研究了边坡稳定性分析的模糊有限元方法,并提出了边坡工程分析的模糊有限元快速求解方法。利用模糊有限元方法对实例边坡工程进行了模糊有限元研究,研究结果表明:岩体力学参数的模糊性会导致边坡位移和应力分析结果的模糊性,而采用模糊有限元分析方法对边坡进行分析可以增加工程技术人员对边坡位移、应力和安全度的全面认识,降低由于计算参数模糊性的影响带来边坡稳定性评价风险。     

基于DSCM-FEMU的岩石力学参数反演研究

将数字散斑相关方法(DSCM)与有限元模型修正方法(FEMU)相结合,建立了岩石力学参数反演流程。首先,通过数字散斑相关方法,获取实验中岩石试件受载条件下的应变场;其次,利用有限元模拟方法,获取数值模型中的应力场;最后,构建最小二乘目标函数,并且通过不断更新有限元模型中给定的力学参数进行优化计算。当目标函数收敛时,得到与实验结果最匹配的力学参数。研究结果表明:(1)数字散斑相关方法与有限元模型修正法相结合,可以实现材料的力学参数反演;(2)得到以实验应变场、有限元应力场、材料弹性模量和泊松比组成的参数优化目标函数;(3)以三点弯曲实验为例,反演得到花岗岩的弹性模量和泊松比。     

圆端形钢管混凝土双肢塔柱受力性能试验研究

采用有限元方法,在不考虑钢管-混凝土相互作用的基础上,对某斜拉桥圆端形钢管混凝土双肢柱在轴心受压和偏心受压两类工况下的受力状况进行数值模拟分析。然后,结合某斜拉桥主塔双肢塔柱应力监测实验数据,与有限元模拟数据进行对比。两者结果吻合良好,表明所采用的有限元模型是合理的。分析结果表明,相比于普通钢管混凝土结构,圆端形钢管混凝土双肢柱具有承受大偏心荷载的性能。     

基于ABAQUS的侧贴碳纤维布加固连续梁数值模拟

采用非线性有限元分析软件ABAQUS对未加固连续梁、侧贴碳纤维布加固连续梁进行数值模拟,并将有限元分析结果与试验结果对比。分析表明:与未加固连续梁相比,侧贴碳纤维布加固连续梁的承载力和变形性能明显提高,提高的幅度随碳纤维布侧贴高度增大而降低;基于ABAQUS的有限元分析结果与试验分析结果吻合较好,可在一定程度上有效替代试验分析方法,从而减少试验所需的时间和费用,可以为类似的加固设计和试验提供参考。     

冷弯薄壁卷边槽钢偏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偏心受压构件的极限承载力,对13根偏心受压的冷弯薄壁卷边槽钢进行了破坏性试验,并建立有限元分析方法对试件进行模拟分析,有限元分析结果与试验结果吻合良好,验证了有限元方法的有效性;对典型截面构件进行大量的参数分析,研究截面尺寸、长细比、荷载作用点位置及材料特性等因素对卷边槽钢偏心受压构件极限承载力...     

基于ANSYS的薄壁箱梁剪力滞效应分析

通过大型有限元分析软件ANSYS对一具体箱梁剪力滞进行有限元求解,对ANSYS计算结果与变分法计算结果进行了对比分析,提出了利用ANSYS对薄壁箱梁剪力滞进行有限元求解是精度很高的方法。     

基于Drucker-Prager准则的高阶单元自适应上限有限元研究

引入Drucker-Prager屈服准则,建立了基于高阶单元和二阶锥规划的自适应上限有限元方法,并编制了计算程序。采用单元内部耗散能为控制指标的自适应加密策略,以一分为二的方式对能量耗散率较大的单元进行剖分加密,形成多次往复计算完成上限有限元的自适应加密过程。通过隧道稳定性及条形基础地基承载力算例,分析了系列Drucker-Prager屈服准则对极限荷载上限解的影响,揭示该屈服准则与Mohr-Coulomb屈服准则的差异所在,以及对上限解和破坏模式的影响,并进一步验证了基于高阶单元和二阶锥规划的自适应上限有限元法具有计算精度和求解效率高以及可搜索获取精细化破坏模式的特点。     

RC剪力墙的非线性有限元模拟分析

选取课题组已做过的2片悬臂RC剪力墙试件以及其他文献中的4片不同剪跨比的RC悬臂剪力墙试件,利用非线性有限元方法进行模拟分析,通过对有限元模型和试验得到的剪力墙试件荷载-位移曲线、破坏形态及对应位置钢筋应变值的比较,验证了模型及其参数设置的合理性和可靠性,为RC剪力墙变形性能的研究提供一种可靠的分析方法和手段。