钢结构设计原理课程考试改革与实践

结合高校土木工程专业本科人才培养目标,以激发学生自主学习和创新能力为出发点,从改革考试的内容及方法入手,对钢结构设计原理课程进行了阶段性、多元化考试改革与实践。结果表明:考试改革达到了预期目的,取得了良好的效果。     

柱顶受轴力的柱列支撑受力分析

采用蒙特卡罗方法,考虑柱子初始缺陷和撑杆初始缺陷的随机遇合问题,应用有限元程序ANSYS对柱顶受轴力的柱列支撑体系进行了大量的仿真分析,得到了柱列纵向支撑体系的两种失稳模式;通过概率统计得到柱中水平撑杆所受内力的双正态概率密度函数,据此确定了可用于实际工程设计的支撑力的大小。结果表明:当柱顶轴力相等时,采用《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)中柱列支撑设计公式计算支撑力偏大;当柱顶轴力不等时,采用规范公式计算支撑力将更保守;柱子初始缺陷和撑杆初始缺陷的随机遇合作用导致柱中水平撑杆受压力或拉力的随机性,降低了支撑力。     

G550高强冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件承载力直接强度法研究

直接强度法在冷弯薄壁型钢构件的设计中得到越来越多的应用,然而用于校准原有受弯构件直接强度法设计公式的试验数据均来自于屈服强度较低的纯弯构件,对于屈服强度较高的受弯构件尚无试验数据可供参考,限制了直接强度法设计公式的使用范围。采用有限元程序ANSYS对已有G550高强冷弯薄壁卷边槽钢受弯构件试验进行了模拟,验证了有限元分析的可行性。在此基础上,对卷边形式为直卷边、斜卷边和复杂卷边的G550高强冷弯薄壁槽钢构件分别进行纯弯和非纯弯作用下的有限元参数分析,以原有直接强度法设计公式为基准,修正出适用于不同卷边形式的G550高强冷弯薄壁槽钢受弯构件在纯弯和非纯弯作用下的直接强度法设计公式,为今后的规范修订和工程应用提供必要的参考。     

随机初始几何缺陷对柱列支撑受力的影响

采用蒙特卡罗方法,研究了柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机遇合对柱列支撑受力的有利影响。应用有限元程序ANSYS对带有不同初始几何缺陷分布的柱列纵向支撑体系进行了大量的仿真分析,得到了柱列纵向支撑体系的四种失稳模式;通过概率统计得到柱中水平撑杆所受内力的概率密度函数,确定了可用于实际工程设计的支撑力的大小。结果表明:柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机遇合作用导致柱中水平撑杆受压或拉力的随机性,降低了支撑力,比《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中柱列支撑设计公式算得的支撑力小许多。     

竖向荷载作用下厂房纵向支撑的受力分析

从保证厂房柱列纵向稳定性的角度,对柱顶撑杆的设计要求进行了研究。采用蒙特卡罗方法,考虑实际工程中柱子和柱顶撑杆初始缺陷的随机遇合,应用有限元程序ANSYS对承受竖向荷载作用的柱列纵向支撑体系进行了大量的仿真分析,得到了柱列纵向支撑体系的三种失稳模式;通过概率统计得到柱顶撑杆所受内力的三峰正态概率密度函数,发现柱子和撑杆初始缺陷的随机遇合作用导致柱顶撑杆受压、拉或零受力的随机性,降低了支撑力,据此确定了可用于实际工程设计的支撑力的大小,为传统的柱顶撑杆由纵向受力决定的设计方法补充了竖向受力分析的验算方法。     

冷弯薄壁复杂卷边槽钢受弯构件稳定性能分析

采用有限元软件ANSYS对3种加劲形式冷弯薄壁复杂卷边槽钢受弯构件的稳定性能进行了非线性分析,结果表明:加劲形式是影响构件屈曲模式和抗弯承载力的重要因素,构件在非纯弯状态下的抗弯承载力均大于纯弯状态下的抗弯承载力。     

高强冷弯薄壁Z型钢受弯构件直接变形法研究

为弥补有效截面法不能计算发生畸变屈曲的高强冷弯薄壁型钢受弯构件整体弯曲变形的不足,开展了基于全截面特性求解此类构件整体弯曲变形的直接变形法(DDM)研究。采用ANSYS有限元软件对已有试验数据进行数值模拟,验证了用ANSYS软件分析此类构件的可行性。在此基础上,对不同卷边形式和截面参数的高强冷弯薄壁Z型钢纯弯构件进行了有限元参数分析,提取了各参数情况下的荷载-位移曲线,基于各曲线的分布规律,建立了不同卷边、不同厚度时基于全截面特性的直接变形法计算式,极大简化了构件弯曲变形的计算过程。     

柱顶轴力不等的柱列支撑设计方法

目的 研究柱顶不等轴力的比例变化对柱中水平撑杆受力的影响,确定用于设计的柱顶轴力不等的柱中支撑力计算公式.方法 采用蒙特卡罗方法,考虑实际工程中柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机组合,应用有限元程序ANSYS对柱顶受不等轴力的柱列支撑体系进行大量的仿真分析,并对数值计算结果进行概率统计.结果 随着不等轴力比例的增大,柱中水平撑杆受力有减小的趋势;柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机组合作用导致柱中水平撑杆受压或拉力的随机性,降低了支撑力;柱顶轴力不等的柱中支撑力比根据《钢结构设计规范》(GB50017-2003)算得的支撑力小42％以上.结论 当柱顶轴力不等时,采用《钢结构设计规范》(GB50017-2003)中柱列支撑设计公式计算柱中支撑力过于保守,给出了柱顶轴力不等的柱中水平支撑力的设计公式.     

柱脚刚接与铰接柱列支撑体系受力性能对比研究

为研究柱脚刚接与柱脚铰接柱列支撑体系的不同受力性能,采用蒙特卡罗方法,考虑柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机遇合,应用有限元程序ANSYS对柱脚刚接和柱脚铰接柱列支撑体系进行大量参数仿真分析。研究结果表明:柱脚刚接柱列支撑体系失稳时柱子呈两个半波的变化趋势,柱脚铰接柱列支撑体系失稳时柱子呈三个半波的变化趋势,因而后者的极限承载力和柱中撑杆内力均大于前者,且后者较高的极限承载力更大幅度地增加了柱中撑杆内力;柱子和水平撑杆初始几何缺陷的随机遇合作用导致柱中水平撑杆受压或拉力的随机性,降低了支撑内力,比GB 50017—2003《钢结构设计规范》中柱列支撑设计公式计算的支撑内力小许多。     

碳纳米管增强RPC弯曲疲劳性能

对不同碳纳米管掺量的活性粉末混凝土（RPC）试件进行静载弯曲与不同应力水平下的弯曲循环加载,分析碳纳米管掺量对RPC弯曲强度和疲劳性能的影响,并对其疲劳寿命分布采用威布尔分布方程进行拟合.结果表明：一定掺量的碳纳米管能有效提升RPC弯曲强度,显著增强RPC抗疲劳性能,在碳纳米管掺量为005%时效果最好;威布尔分布方程可良好预估碳纳米管增强RPC在不同应力水平下的疲劳寿命分布.