柱脚刚接与铰接柱列支撑体系受力性能试验研究与有限元分析

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和验证有限元方法分析该问题的可靠性，对带有不同初始几何缺陷分布的柱脚刚接与铰接柱列支撑体系进行了静力模型试验研究。研究结果表明：柱脚铰接柱列支撑体系的极限荷载和柱中水平撑杆内力均高于柱脚刚接柱列支撑体系,且前者较高的极限荷载更大幅度地增加了柱中水平撑杆内力；由于试验模型中柱和水平撑杆的初始几何缺陷的随机分布，柱中水平撑杆受压力或拉力的情况是随机的；柱列支撑体系的失稳破坏是由于单柱失稳破坏引发的。采用有限元模型对试验进行了模拟验证，计算结果与试验结果吻合良好。     

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。     

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。     

双层纵向柱列支撑的设计要求

支撑体系的作用是保证柱列的几何不变性和减少柱子计算长度。本文从柱列整体稳定性出发,对双层纵向支撑体系的强度和刚度设计要求进行了研究,分别得到了横系杆完全刚性、交叉支撑完全刚性以及支撑构件有限刚度情况下,对支撑的门槛刚度要求;考虑实际柱列的初始缺陷,确定最不利初始缺陷组合情况下,使柱列极限承载力达到计算长度减半的欧拉荷载所需要的支撑的强度设计要求。     

竖向荷载下纵向柱列交叉支撑刚度要求

从保证柱列纵向稳定性的角度,对竖向荷载作用下交叉支撑的刚度要求进行研究.介绍无初始几何缺陷的单、双层纵向柱列支撑体系的抗侧刚度要求;根据实际框架中的各种初始几何缺陷,考虑竖向荷载的P-△与P-δ二阶效应,利用有限元程序ANSYS对承受竖向荷载作用的单、双层纵向柱列支撑体系进行受力分析,据此确定用于设计的竖向荷载作用下单...     

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。     

三管梭形钢格构柱稳定极限承载力研究

本文应用大挠度弹塑性有限元法对三管梭形钢格构柱进行了极限承载力分析。研究的重点放在梭形柱初始缺陷的分布形式和幅值大小对柱破坏模式的影响,同时分析了柱长度、柱长细比、分肢长细比、隔板数量和厚度对极限承载力的贡献以及对破坏机理的影响。分析结果表明,初始缺陷的分布形式和幅值大小对柱破坏形式起到决定性的作用;当梭形柱的初始缺陷分布形式与一阶弹性屈曲模态一致时,柱极限承载力最低。随着柱整体长细比的增加或隔板厚度的增加其破坏形式从“S”形向单波形转化,不过,随着柱单肢长细比的增加其破坏形式从单波形向“S”形转化,二阶效应是梭形柱破坏的主要原因。本文对广州新机场四根梭形柱进行了极限承载力有限元分析,初始缺陷分布取与一阶弹性屈曲模态相同,缺陷幅值大小取为L/500,其计算结果与足尺寸试验结果吻合良好。     

大矢跨比单层球面网壳动力试验模型弹塑性稳定分析

为了解水平地震作用下具有不同失效机制的单层球面网壳结构在静力荷载作用下的弹塑性稳定性能,利用有限元软件ANSYS,对两个矢跨比为1/2的单层球面网壳结构试验模型进行双重非线性全过程分析,获得结构的弹塑性极限承载力,比较二者的失稳模态,初步了解二者之间的差异。考察结构杆件屈曲、初始缺陷等因素对结构稳定性能的影响,并分析各因素对结构极限承载力的影响规律。结果表明,地震作用下,具有强度破坏特征的网壳结构在静力下的失稳模式表现为结构的整体失稳,而发生动力失稳破坏的结构则表现为局部失稳破坏。杆件失稳和初始缺陷使结构的临界荷载大幅度降低,且地震作用下属于强度破坏的单层球面网壳结构在静力下对初始缺陷的敏感性大于动力失稳破坏结构。     

激光焊接不锈钢工字形截面中长柱受力性能研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢工字形截面轴心受压中长柱的承载性能,对10根激光焊接不锈钢工字形薄柔截面中长柱进行轴心受压试验研究,结果表明,中长柱的破坏模式均为板件局部屈曲与构件整体弯曲屈曲的相关失稳。同时,基于残余应力试验,验证了已有激光焊接不锈钢工字形截面的残余应力分布模型。基于试验结果验证了有限元模型,对激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压中长柱开展参数分析,研究了几何初始缺陷和残余应力对中长柱稳定承载力的影响,结果表明,残余应力是影响中长柱稳定承载力的主要因素。结合试验和有限元计算结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》中轴心受压构件稳定承载力设计公式的适用性进行评估,并考虑残余应力的影响修正了轴心受压构件整体稳定设计公式的计算系数。采用修正后计算系数的规范公式能准确计算激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压构件的稳定承载力。     

世博轴阳光谷钢结构稳定性分析

世博轴阳光谷单层空间网格结构曲面形状复杂、几何尺度大、悬挑跨度大,其整体稳定性是结构分析与设计中的关键问题之一。分析以特征值屈曲模态作为初始几何缺陷分布形式的合理性,通过非线性有限元分析系统考察了阳光谷单层网格结构的整体稳定性能,并研究了单根杆件失稳对结构整体极限承载力的影响。分析结果表明：几何非线性以及几何、材料双重非线性临界屈曲承载力均满足相关规范要求,阳光谷钢结构具有良好的整体稳定性;阳光谷钢结构对几何初始缺陷不敏感,阳光谷上由索膜结构传来的索拉力可进一步降低其缺陷敏感性;局部杆件的失稳退出工作并不会导致结构整体承载力的突然丧失,整体结构具有良好的承载能力。图7表6参7     

交叉支撑位置对被支撑柱数量的影响

工业厂房的支撑体系通常由交叉支撑和水平撑杆组成,当交叉支撑设置于柱列一端时,被支撑柱子的数量不宜超过8根。文中考虑柱子初始弯曲的随机性,应用有限元程序ANSYS对交叉支撑设置在柱列一端、柱列中间和柱列两端三种情况下的柱列支撑体系进行了大量的有限元参数分析。研究结果表明,当交叉支撑分别设置在柱列中间和柱列两端时,被支撑柱子的数量可分别增加至14和15根,说明可根据交叉支撑位置合理确定被支撑柱的数量,达到即安全又经济的目的。     

Buckling-restrained braced frame connection performance

Large-scale experimental studies of buckling-restrained braced frames (BRBFs) have shown that although they display good overall seismic performance, they may have limitations due to connection failure modes that do not allow the braces to realize their full ductility capacity. These experimental results motivate further investigation of BRBF connection behavior. In this study, nonlinear finite element models are used to study BRBF beam–column–brace connections. The models focus on a one-story subassembly extracted from a previously-tested, four-story BRBF. After the baseline finite element analysis results are verified with experimental data, parametric studies varying the connection configuration are used to assess the key factors influencing performance. Connection configuration is shown to have a significant impact on global system response and localized connection demands.     

方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构水平承载力研究

为研究方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构的抗震性能和水平承载力,进行了一榀缩尺比为1∶3的2层单跨方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙结构的拟静力试验,得到了其破坏形态、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、特征荷载和位移等。利用有限元软件ABAQUS对其进行了非线性数值模拟,分析了方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的抗震性能、受力机理和破坏机制。基于试验和数值模拟结果,结合理论研究,提出了方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙的水平承载力的计算式,并将其计算结果与试验、数值模拟结果进行对比。结果表明：方钢管混凝土框架-十字加劲薄钢板剪力墙具有较高的水平承载力、初始刚度及良好的延性和耗能能力,水平承载力计算式的计算结果与试验、数值模拟结果吻合较好。     

节点半刚性对扣件式钢管模板支架稳定承载力的影响分析

通过扣件节点半刚性试验,得到节点扭转刚度Rk与直角扣件螺栓拧紧力矩T的关系式。研究表明:在考虑扣件节点扭转刚度的前提下,采用SAP 2000有限元软件建立支架模型,并在模型的每个节点上施加稳定承载力0.1%的等效假想水平力用来模拟架体的初始缺陷,可以精确地验算架体的稳定承载力。对比计算结果和试验结果发现:考虑扣件节点的半刚性是精确计算模板支架稳定承载力的前提。同时,当扣件拧紧力矩小于30 N.m时,支架稳定承载力呈明显下降趋势。因此,在施工过程中,应对扣件的扭紧力矩进行严格检验。     

钢框架柱平面内整体稳定验算的两种方法对比

先建立两个有初始几何缺陷的多层钢框架结构,通过有限元分析分别得到这两个框架的竖向极限荷载Pcr和水平极限荷载Hcr;再对与这两个框架几何及截面相同但没有初始缺陷的框架,用之前计算得到的竖向和水平极限荷载分别按一阶弹性分析和二阶弹性分析得到其内力,用我国现行GB50017-2003《钢结构设计规范》中压弯杆件极限承载力验算公式计算其名义应力,并与实际结果比较。结果证明,进行钢框架压弯杆件平面内稳定验算时,对框架采用二阶弹性分析,并将柱的计算长度取为实际柱长,所得验算结果较对框架采用一阶弹性分析并将柱的计算长度取为框架弹性屈曲长度合理。但总体来说,两种方法的验算结果都均偏于保守。