火灾下轴心受压H型截面约束钢柱整体稳定设计

利用验证的有限元模型分析了轴向约束刚度比、轴力荷载比和钢柱长细比对火灾下轴心受压H形截面约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响,给出了其屈曲温度和破坏温度的计算方法。轴向约束刚度比对约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响可用指数函数表示,轴力荷载比和钢柱长细比对约束钢柱屈曲温度和破坏温度的影响可用多项式表示。采用有限元方法对计算公式进行了验证,设计公式计算结果与有限元分析结果吻合较好,且设计公式给出偏于安全的结果。     

高强度钢柱高温下承载力数值计算方法

为了对建筑结构中的高强度钢柱进行抗火设计和验算,研究了高强度钢柱在高温下的极限承载力数值计算方法。考虑温度对高强度钢材力学性能的影响,对常温下钢柱极限承载力计算的逆算单元长度法进行了延伸,编制了高温下高强度钢柱极限承载力计算程序。采用编制的程序对高强度钢柱在高温下的极限承载力进行了计算,将计算结果与有限元分析结果进行了比较,发现吻合较好。分析了高强度钢柱截面上残余应力的分布模式,残余应力大小和柱的初始几何缺陷对极限承载力的影响。研究表明：延伸的逆算单元长度法可以用于高强度钢柱高温下极限承载力计算,残余应力的分布模式和大小对高温下高强度钢柱的极限承载力影响很小,而初始几何缺陷对极限承载力的影响较大。     

波纹槽型截面板组轴心受压下的特征值屈曲分析

拱形波纹钢屋盖结构是一种薄壁轻型钢结构,由于其截面形式复杂,在荷载作用下的结构整体稳定与板组局部稳定是其研究重点.采用有限元法对波纹钢屋盖结构的一种截面形式-波纹槽型截面板组进行了轴心受压下的局部相关屈曲特征值分析,研究其在各种条件变化下的屈曲特性,得到的分析结论能用于指导工程实践.     

六边形孔压弯蜂窝钢柱承载力研究

利用ANSYS建立了扩张比为1．4的六边形孔的蜂窝钢柱的有限元模型,同时也建立了扩张前的原有实腹钢柱的有限元模型。对这些模型进行了在不同偏心距情况下的轴向压力作用下的屈曲分析,获得了各压弯构件的极限承载力,并做了对比分析。     

高强箍筋约束混凝土轴心受压性能分析

在高强箍筋约束混凝土轴心受压试验研究的基础上,对高强箍筋约束混凝土进行了三维非线性有限元分析,与试验结果比较吻合较好;通过数值模拟分析了箍筋间距、箍筋强度及箍筋形式等对约束混凝土轴压性能的影响,分析了箍筋受力与混凝土截面应力分布,揭示了箍筋与混凝土在轴压下的相互作用,探讨了箍筋对混凝土的约束机理;结果表明,通过合理选择有限元分析模型,可较好地预测箍筋约束混凝土柱的轴心受压性能.     

超高强度钢材焊接箱形轴心受压柱整体稳定的有限元分析

目的运用有限元方法分析计算超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定受力特性的准确性和可靠性,以及残余应力的影响.方法运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,准确模拟构件的残余应力和几何初始缺陷,对11个超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱的整体稳定受力特性进行了有限元分析,并与相应的试验结果进行对比.结果有限元计算得到的承载力与试验实测结果的平均误差〈4%,且标准差〈5%.残余应力的2种变化对整体稳定承载力的影响〈3%.结论建立的有限元模型能够准确地分析计算超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性,为进一步运用该有限元模型对各种截面的超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性进行分析计算提供了正确性依据.残余应力的变化对超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定承载力的影响较小,可能采用比普通钢材钢柱高的整体稳定系数.     

工形钢柱负载下焊接加固的受力特性

目的提出能够考虑负载下焊接过程影响的有限元分析方法．方法通过运用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,对3个不同初负载下焊接加固的工字形钢柱和1个作对比用的未加固钢柱的受力特性进行分析．采用间接热结构耦合的有限元分析方法,考虑焊接热过程和随温度变化的钢材材性．结果计算结果表明,在名义初应力比不超过0．41时,负载下的焊接加固后的钢柱的极限承载能力受初始负载的影响非常小．结论笔者采用的有限元分析方法和有限元模型分析负载下焊接加固工彤钢柱的萤力特性具有较高的可行性．     

铰支轴心受压高强钢管的局部稳定强度折减系数

中国特高压输电塔发展趋势是采用高强钢管塔,国内相关规范中Q420以上强度钢材设计参数不足.对20组不同材料和几何尺寸的高强钢管进行两端铰支轴压试验,并结合有限元计算及国内外相关规范分析其整体和局部稳定性.结果表明,Q420、GR65及Q460钢管轴压强度高于中国规范中对应计算值,且随屈服强度上升这种提高越明显.得出局部稳定强度折减公式是有限元计算值和试验值的下限,可供特高压输电杆塔设计作参考.     

波纹腹板H型钢梁受压翼缘局部稳定理论研究

提出梯形波纹腹板H型钢梁翼缘局部失稳的理论计算模型,指出波纹腹板对翼缘失稳相当于提供绕腹板轴心线的弹性转动约束作用.根据边界条件假设,采用理论推导得到了翼缘局部弹性屈曲应力的三角级数解,利用有限元分析验证了边界条件假设及理论模型的有效性.指出相比于平腹板,波纹腹板对翼缘具有更强的约束作用.     

各国规范铝合金轴压构件局部稳定设计方法对比

目的研究各国规范中铝合金受压构件局部稳定性设计方法的异同,为铝合金受压构件设计提供依据．方法笔者对中国《铝合金结构设计规范》GB50429—2007、欧洲规范EN1999—1—1：2007、美国铝合金设计手册、澳大利亚／新西兰规范AS／NZS1664中受压构件局部稳定设计方法进行了对比分析,并通过有限元软件ANSYS验证各设计方法的准确性．结果对于中国规范、欧洲规范、美规和澳规,加劲板件局部屈曲承载力的计算结果比有限元计算结果高,分别高10％、11％、9％和6％;非加劲板件局部屈曲承载力计算结果比有限元计算结果低,分别低13％、13％、12％和15％．结论中国规范和欧规的设计方法基本一致,美规和澳规的计算方法基本一致;各规范中的设计方法会高估加劲板件的局部屈曲承载力,而低估非加劲板件的局部屈曲承载力．     

钢框架焊接节点局部屈曲累积损伤分析

为解决试验和三维有限元方法在模拟结构地震作用下的局限性,在构件阶段寻找损伤退化的影响因素以及退化特征对改进杆系模型计算的准确性显得尤为重要. 采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性有限元模型,结合国内外已有的钢框架焊接节点拟静力试验,验证了建立的有限元模型对模拟局部屈曲的准确性和适用性. 通过算例参数分析,对钢框架梁柱节点局部屈曲累积损伤现象进行深入探讨,得到节点局部屈曲累积损伤退化分布曲线形式并分析影响因素,进而得到节点强度退化的规律,为提出考虑损伤退化的杆系模型提供有力的工具. 参数分析结果表明：剪切域强弱以及板件宽厚比对于节点的破坏模式有较大影响. 通过局部加强,改变节点的破坏模式,可以有效提高结构的延性和耗能能力,防止结构由于焊缝开裂导致提前破坏,在大震作用下退化程度快进而严重影响结构的整体受力性能.     

薄壁波纹钢管混凝土柱局部屈曲性能研究

对一种新型的薄壁波纹钢管混凝土柱进行了低周反复荷载作用下滞回性能试验研究,然后利用ABAQUS进行模拟分析,分析了钢板截面宽厚比、长细比、钢板强度、混凝土强度等4个因素对薄壁波纹钢管混凝土柱局部屈曲的影响规律.试验结果表明:薄壁波纹钢管混凝土柱宽厚比、长细比基本与屈曲荷载成反比,钢板强度与屈曲荷载成正比,混凝土强度基本与屈曲荷载无关.     

约束高强度Q460钢柱抗火性能试验

为获得高强度Q460钢柱的抗火性能,采用火灾试验炉对4个约束Q460钢柱进行抗火性能试验,试验采用恒载升温模式和ISO-834标准升温曲线,考虑了两个约束刚度和两个荷载比,测量了钢柱受火过程中的温度、轴向位移和跨中挠度,并得到了约束Q460钢柱的屈曲温度和破坏温度,采用约束钢柱的轴力放大系数方法计算了试件的破坏温度并和试验结果进行对比.研究表明:轴向约束刚度和荷载比对Q460钢柱的抗火性能影响较大,相同荷载比下轴向约束刚度大的钢柱破坏温度低,相同约束刚度下荷载比大的钢柱破坏温度低;轴力放大系数方法可以确定约束高强度Q460钢柱的临界温度.     

高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能

火灾下无防火保护的结构构件温度会迅速上升,从而造成钢材和混凝土的强度明显下降。为了研究火灾下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能,考虑火灾下钢管约束型钢混凝土柱的不均匀温度分布及温度对材料力学性能的影响,提出了火灾下受轴心荷载作用的钢管约束型钢混凝土柱承载力的计算方法。利用有限元软件ABAQUS对提出的计算方法进行了验证,结果吻合较好。进而采用该计算方法对影响高温下承载力的参数进行了分析,研究表明：随着构件截面尺寸的增加以及混凝土强度和钢材强度的提高,构件的承载力逐渐增加,而钢管壁厚的改变对承载力并无太大影响。利用有限元软件ABAQUS分析了荷载比、构件尺寸、钢管壁厚等因素对构件耐火极限的影响,发现耐火极限随着荷载比和钢管壁厚的增加而减小,随着构件尺寸的增加而增大。     

高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条局部屈曲性能研究

对截面形式为TS40和TS61的19根550MPa高强冷弯薄壁型钢帽形截面简支檩条进行受弯试验分析其局部屈曲性能,并采用有限条程序CUFSM对这两种简支檩条局部屈曲应力进行计算分析,计算结果与试验值吻合较好。采用有限条程序对帽形截面受弯构件的翼缘宽厚比、腹板翼缘宽度比、卷边翼缘宽度比、腹板翼缘夹角等参数进行计算分析,结果表明腹板翼缘宽度比是影响帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数的重要因素。利用考虑板组相关的我国现行规范《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）和英国冷成型薄壁构件设计标准（BS5950-5：1998）对帽形截面简支檩条受压翼缘局部屈曲稳定系数进行计算分析表明：我国规范在腹板翼缘宽度比小于1.5时偏于不安全,大于1.5时偏于保守,而英国规范相对比较安全。在参数分析的基础上,提出了考虑板组相关的帽形截面简支檩条受压翼缘弹性局部屈曲稳定系数计算公式,建议公式可供工程设计和修订规范参考。     

温度作用下钢柱屈曲性能分析

为了讨论两端简支钢柱在温度荷载作用下的弹性稳定性,考虑了温度沿钢柱截面非均匀分布的影响,基于构件的非线性位移应变关系,利用能量原理推导了钢柱的非线性平衡方程及屈曲方程,给出了计算临界屈曲温度荷载的方法.由分析结果可知,温度变化对钢柱的稳定性影响很大,当钢柱长细比较大时,即使温度变化值较小也能引起钢柱的屈曲;当钢柱温度变化沿截面均匀分布时,利用提出方法所求得的临界屈曲温度荷载与经典欧拉方法一致;当柱截面平均温度变化为零时,沿截面的不均匀温度分布不会引起钢柱的屈曲.温度沿截面的不均匀分布对于钢柱的稳定性是有利的,而且随着构件长细比的增大,沿截面温度不均匀分布对钢柱稳定性的有利作用增强.有限元验证结果说明所提出的方法可用于温度作用下钢柱屈曲性能的分析.     

高温下足尺钢筋混凝土梁试验研究及数值分析

为了给钢筋混凝土结构提供抗火分析的依据和方法,结合对结构火灾损伤的分析,采用有限元方法对高温下足尺钢筋混凝土梁的力学性能和变形反应进行了数值分析,并与试验结果进行了比较,吻合良好,并得出足尺试件高温反应的一些基本特征.结果表明:升温时间、配筋率对高温下足尺钢筋混凝土梁的力学性能和变形反应影响较大.该试验与理论分析结果具有十分重要的工程价值.     

钢骨高强混凝土叠合柱压弯承载力的计算

通过数值计算,分析了参数叠合比和轴压比对钢骨高强混凝土叠合柱压弯承载力的影响;介绍了我国钢骨混凝土结构设计规程中钢骨混凝土柱的承载力计算方法;在此基础上,建议了钢骨高强混凝土叠合柱压弯承载力的实用设计方法,并与数值计算结果进行了比较。     

考虑蠕变效应的钢柱高温承载力计算方法

高温蠕变对火灾下钢构件的内力和变形影响较大,现行《建筑钢结构防火技术规范》（GB 51249-2017）中未考虑蠕变对钢柱高温承载力的影响。采用ANSYS软件分析考虑蠕变后钢柱在高温下的受力性能,并与钢柱的抗火试验进行对比,发现考虑蠕变的钢柱有限元模拟结果与试验数据吻合更好。利用验证的有限元模型进行参数分析,结果表明：考虑蠕变效应后,钢柱的高温承载力受初始缺陷（残余应力、初弯曲、初偏心）、弯曲方向、荷载比、长细比、升温速率的影响较大,受截面形式和钢材屈服强度的影响较小。给出了考虑蠕变效应后计算钢柱高温承载力的简化方法。     

高强型钢混凝土组合柱小偏心受压力学性能

为研究圆截面Q460高强钢混凝土组合柱在小偏压作用下的受力性能,进行了两根组合柱的工程性试验,对其破坏过程及特征进行分析,结果表明,钢骨有效限制剪切斜裂缝的发展,组合柱发生弯曲破坏,表现出良好的延性;采用有限元方法分析钢骨应力分布与变化规律,结果表明,混凝土压溃失效引起钢骨应力重分布,加剧了钢骨部分承担轴力和弯矩;对型钢屈服强度、含钢率进行有限元参数分析,结果表明,采用高强钢可有效提高承载力,同时控制构件截面尺寸与自重;对计算SRC柱压弯承载力的两种主要方法进行了比较分析,提出等效矩形概念的简化计算,为圆截面SRC柱设计提供依据.