钢结构曲板极限承载力及曲率影响研究

为得出圆柱曲板单元直边受压的稳定特征,以北京长安街西延线永定河特大桥钢曲塔为研究对象,通过足尺模型试验研究四边简支边界条件下曲板的极限承载力;同时在考虑材料和几何非线性的条件下,基于ANSYS软件对曲板试件的弹塑性屈曲进行数值分析,进一步得出曲率对极限承载力的影响。结果表明:曲板试件加载过程中,加载方向与垂直板面方向均产生明显变形,达到极限承载力时最大变形发生在靠近曲板中间位置且垂直板面的方向;曲板荷载-位移曲线数值结果与试验结果符合较好,极限承载力小于直板试件对应值;曲板尺寸不变的条件下,随着曲率增大,曲板极限承载力逐渐降低,且局部稳定折减系数与曲率呈线性关系。     

U肋加劲板受压力学性能分析

为了探究U肋加劲的板件在压力作用下的受力性能与破坏机理,建立了受压混合钢U肋加劲板非线性有限元模型,分析了边界条件、初始几何缺陷和焊接残余应力对其受力性能的影响。结果表明:改变试件两端的转动约束条件会改变试件的破坏模式和受压稳定承载力;加载偏心方向对试件稳定承载力有较大的影响,当加载偏心弯矩效应与试件弯曲方向一致时,试件承载力随加载偏心的增大而减小,反之,试件承载力随加载偏心的增大而增大;在有限元模型中试件两端约束设置为自由转动,整体几何缺陷幅值取构件长度的1/1 000,局部几何缺陷幅值取子板宽的1/200,加载偏心矩取截面高度的0. 02倍,采用残余应力简化分布形式得到的承载力计算结果与混合钢U肋加劲板试验结果符合较好。该数值模拟方法可用于混合钢U肋加劲板的受力性能和抗压稳定承载力分析。     

芜湖长江大桥箱形压杆稳定性试验研究

使用切割法对芜湖长江大桥板厚44mm及40mm的箱形压杆焊接残余应力进行了实测，给出了残余应力沿板厚和板宽方向分布的规律及加颈肋对残余应力分布的影响。在实测基础上，根据统计原理拟合了用于理论计算的厚板焊制箱形压杆的残余应力分布图式，采用数值积分法，编制了压杆极限承载力的有限元计算程序，分别考虑初偏心，残余应力等初始缺陷及加劲肋等因素的影响，对厚板焊制箱形压杆的极限承载力进行了分析[研究，计算结果表明：随着长细比λ的增加，杆件逐渐由压屈特性表现为压溃特性；残余应力及初偏心对工程常用构件的极限承载力有较大影响，残余应力可使稳定系数φ值降低近20％，芜湖桥箱形压杆的加劲肋对φ值影响不明显，其主要作用在于增强构件的局部稳定。     

竖向加劲肋间距及腹板鼓曲对钢板梁承载力影响的研究

为了考察竖向加劲肋间距和腹板鼓曲对钢板梁极限承载力的影响,在考虑腹板初始鼓曲及取四种竖向加劲肋间距的情况下,用有限元法计算了钢板梁的纯剪和纯弯极限承载力及腹板鼓曲的变化情况,并与无鼓曲的结果进行了比较.由计算结果可知,竖向加肋间距对纯弯极限承载力影响较小,对纯剪极承载力有一些影响;而腹板鼓曲对纯弯和纯剪极限承载力的影响则可不予考虑.     

带肋方钢管混凝土偏压构件承载力计算方法研究

带肋方钢管混凝土是指在方形钢管中设置纵向加劲肋后再填充混凝土而形成的构件,与无肋方钢管混凝土构件相比,由于加劲肋阻碍了管壁局部屈曲的产生,其承载力和延性都有所提高.在前期有限元计算的基础上,对带肋方钢管混凝土轴压、纯弯、偏压构件的承载力进行了参数分析,计算过程中考虑了焊接残余应力和初始几何缺陷的影响,提出了轴压、纯弯、偏压构件承载力计算公式.对于轴压构件,考虑了较大宽厚比使构件承载力降低,及加劲肋使构件承载力提高.对于纯弯构件,考虑了加劲肋对承载力的贡献.对于偏压构件,修正了长细比对承载力的影响.所有的计算公式与无肋方钢管混凝土承载力的计算公式相衔接.最后,将公式的计算结果与试验结果进行比较,两者符合良好,这些公式可为有关工程实践提供参考.     

竖向加劲肋间距及腹板鼓曲对钢板梁承载力影响的研究

为了考察竖向加劲肋间距和腹板鼓曲对钢板梁承载力的影响，在考虑腹板初始鼓曲四种竖向加颈肋间距的情况下，用有限元法计算了钢板梁的纯剪和纯弯极限承载力及腹板鼓曲的变化情况，并与无鼓曲的结果进行了比较，由计算结果可知，竖向加肋间距对纯弯极限承载力影响较小，对纯剪极承载力有一些影响，而腹板鼓曲对纯弯和纯剪极限承载力的影响则可不予考虑。     

悬挂式单轨轨道梁结构参数优化方案及分析

悬挂式单轨已取得一定应用,但对轨道梁结构设计参数取值缺乏系统性研究。对悬挂式单轨系统轨道梁的结构进行探索性设计和计算分析,在能满足各评定标准的基础上,研究轨道梁的合理跨度、梁板厚度和加劲肋间距等参数的敏感性,分析轨道梁的稳定性、应力、变形。研究不同跨度、梁板厚度及加劲肋间距对轨道梁强度、变形及用钢量的影响规律,从而为轨道梁的优化设计提供方案。     

外端板加强式钢管混凝土柱梁焊接节点受力性能分析

针对方形钢管混凝土柱与钢梁穿芯螺栓-加劲端板节点在反复荷载作用下易发生螺栓松动甚至断裂的问题,提出外端板加强式柱梁焊接节点。基于外端板加强式钢管混凝土柱-钢梁焊接节点抗震性能试验结果,运用ABAQUS对其抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,进而对影响该类型节点受力性能的因素予以分析。研究结果表明:有限元分析的节点破坏模式、滞回曲线与试验结果吻合较好;加劲肋对节点的破坏模式、承载力与变形能力影响较大;柱子轴压比与钢梁腹板厚度对节点的承载力与变形能力有一定影响;混凝土强度与外端板厚度对节点承载力与变形能力影响较小。试验研究与有限元分析结果均表明,该类型节点承载力与变形能力等抗震性能指标良好,可在地震设防区应用。     

平面内三向轴压作用下新型毂形节点有限元分析

采用ABAQUS软件建立了新型毂形节点有限元分析模型,毂形节点杆件位于同一平面内。对新型毂形节点进行非线性有限元分析,研究了节点板与杆件截面厚度比例对新型毂形节点破坏形态的影响及对节点承载力的影响,并分析了三向轴力与单向轴力两种荷载模式下节点极限承载力的区别。研究发现新型毂形节点在平面三向等轴力作用下与单向轴力作用下破坏形态一致,在平面三向等轴力作用下节点极限承载力略小;节点极限承载力随节点区壁厚增大而提高;当节点区平面尺寸较大时,可在毂内加肋以提高节点的极限承载力。     

基于非线性M-C准则的 圆形基础下伏土洞抗冲切破坏研究

针对土体材料特点,引入非线性Mohr-Coulomb准则及相关流动法则,构建圆形刚性基础下伏土洞冲切破坏模式。采用极限分析上限法推导出其极限承载力的计算公式,得出参数任意组合条件下圆形刚性基础下伏土洞冲切极限承载力。利用Plaxis 3D软件建模分析,并与理论解进行对比,验证本文方法的有效性。研究结果表明:非线性系数m对极限承载力的影响较大,在其他参数条件一定的情况下,极限承载力与m呈非线性负相关,且趋于稳定。极限承载力随土体初始黏聚力C_0,顶板厚度以及刚性基础宽度的增大而增大,随土体重度、土体抗拉强度的增大而减小。     

L形加肋钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为考察不同加肋形式对L形钢管混凝土轴压力学性能的影响,共设计8根钢管混凝土轴压短柱试件(2根无肋,6根加肋),进行加压试验,并对比所有试件受压后的截面破坏模态、屈曲形态和位置以及荷载-纵向应变关系曲线,通过ABAQUS有限元软件进行仿真建模,并结合有限元计算轴压全过程曲线、钢管与混凝土的相互作用力分布以及钢管截面上的应力云图纵向分布情况对不同加肋形式构件进行轴压工作机理分析。结果表明:钢管外壁鼓曲、焊缝开裂是8根L形钢管混凝土轴压试验构件在破坏时的普遍表现;布置纵向加劲肋能显著提高试件的极限承载力和延性;对于间断加肋试件,减小其肋间间距可显著提升试件的约束效果;设置在阴角处的加劲肋对提升试件受压性能的效果不明显;钢管对混凝土的约束在无肋试件中主要集中在角部,加肋试件的约束主要集中在肋与角部处;综合考虑焊缝数量、加劲肋面积以及加肋后效果,L-WR-5的加肋方式最优。     

简支组合梁抗火设计简化方法

根据现行《建筑钢结构防火技术规范》（CECS200：2006）中简支组合梁抗火承载力验算方法,提出了简支组合梁抗火设计的临界温度法,给出了临界温度的计算方法。对影响简支组合梁临界温度的参数分析研究发现：在确定的荷载比下简支组合梁的钢梁截面、材料强度、有效宽度等对简支组合梁的临界温度的影响较小,而耐火极限和楼板厚度对简支组合梁临界温度影响较大。给出了一般简支组合梁在不同楼板厚度、不同耐火极限下,不同荷载比对应的临界温度,可供工程设计使用。     

带肋方钢管混凝土轴压短柱的试验研究

以方钢管的宽厚比和加劲肋的高厚比为主要变化参数,进行了14个带肋方钢管混凝土轴压构件的试验研究,考察了宽厚比和高厚比对带肋方钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响.研究结果表明,方钢管的宽厚比越大,管壁局部鼓曲的发展越快;设置纵向加劲肋能有效延缓管壁局部鼓曲的发展,随着加劲肋的高厚比的增大,管壁局部鼓曲的发展越缓慢;与设置单肋相比,双肋改善管壁稳定性的效果更明显.最后,用简化计算结果与试验结果进行了比较,两者基本吻合.     

肋板形状对肋板式挡墙稳定性影响试验分析

肋板式挡墙是一种依靠肋板与肋板间土体的摩擦效应平衡墙背土压力的新(轻)型支挡结构,其稳定性受肋板形状的影响显著。开展由纸质肋板和有机玻璃面板构成的肋板式挡墙砂箱模型试验,研究3种典型肋板形状对肋板式挡墙稳定性影响规律,分析在极限稳定状态下肋板形状与肋板面积的内在关系。试验结果表明:肋板形状为上小下大的正立三角形肋板面积最小,其次为上大下小的倒三角形肋板,而矩形时所需的肋板面积最大。相对于矩形肋板,正立三角形肋板的面积节约率均值约为25.5%,底部约束的倒三角形肋板约为12.7%,倒三角形肋板约为6.3%;矩形、正立三角形和底部约束的倒三角形肋板式挡墙均为绕墙趾转动的倾覆破坏模式,倒三角形肋板式挡墙则随肋板间距减小由沿墙底滑移破坏模式转变为倾覆破坏;墙体肋板布置间距由疏至密变化,处于极限稳定状态的肋板式挡墙所需肋板长度呈非线性减小趋势,最终趋于稳定。     

新型钢丝网架混凝土夹心组合墙轴压力学性能研究

钢丝网架混凝土夹心墙(ISCW)是一种新型保温结构一体化墙体结构，具有良好的工程应用和推广价值。为研究ISCW结构的轴压受力性能，对其开展了数值仿真分析与试验加载测试，对比二者分析结果，破坏模式与荷载-位移曲线均具有较好的一致性。在此基础上开展变参数有限元仿真分析，研究混凝土板厚、混凝土强度、钢丝间距、钢丝直径对ISCW受压承载力的影响，结果表明：轴心受压承载力随混凝土强度、钢丝直径及混凝土板厚的增大而增大，随钢丝间距的增大而减小。最终，依据本文所开展的试验和有限元分析结果，结合现有相关技术规范提出了ISCW轴心受压承载力计算公式，与有限元分析结果相比，其误差在15%以内。     

普速铁路单线直墙式隧道衬砌厚度不足评价标准北大核心

采用衬砌加载数值模拟和层次分析法,分析了普速铁路单线直墙式隧道衬砌厚度不足对衬砌抗裂和抗压极限承载力的影响。结果表明:衬砌厚度不足对衬砌抗裂极限承载力的影响小于对抗压极限承载力的影响,且厚度不足并不一定会导致衬砌抗裂极限承载力降低,宜采用抗压极限承载力作为衬砌极限承载力;衬砌厚度不足时极限承载力降至无缺陷时的40%时,结构缺陷极严重。基于此构建两种评定方法,综合考虑两种方法的评定结果确定衬砌厚度不足等级。根据衬砌厚度不足缺陷长度和有效厚度比对极限承载力的影响,结合两种评定方法,建立了基于衬砌厚度不足缺陷长度比和有效厚度比的评价标准。     

盾构钢弹簧浮置板轨道结构高度不足的影响分析

受盾构结构空间狭小限制及施工误差影响,盾构中浮置板轨道结构高度不足问题在施工过程中普遍出现。为了研究此问题对浮置板受力和隔振效果的影响,本文针对目前此问题的常用处理措施,利用有限元软件建模分析这些措施对浮置板受力和隔振效果的影响。最终得出降低道床板厚度、减小隔振器纵向间距会增大浮置板1阶固有频率、降低浮置板的低频隔振效率,尤其道床板厚度的降低对浮置板隔振效果影响较大;隔振器纵横向间距减小会减小道床板内的拉、压应力,隔振器刚度增大会增大道床板内的应力。除此之外,目前的常用处理措施也会影响道床基底排水、浮置板施工及后期养护维修。     

钢-混凝土曲线组合梁弯扭性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)和横隔板数目为参数,对6片钢-混凝土简支曲线组合梁进行了试验研究,得到了曲线组合梁跨中集中荷载作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低,横隔板数目对其受弯性能影响不大,但端横隔板对受扭性能影响较大;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向滑移随跨径比的增大而增大,横隔板数目对其影响较小。     

新型钢管混凝土哑铃型短柱受力性能研究

哑铃型截面是钢管混凝土拱肋常用的截面型式,然而在灌注腹腔内混凝土时钢管与腹板相交处应力很大易发生爆管事故,因而提出一种腹腔内不灌混凝土而用H型钢加劲的新型哑铃型拱肋。施工受力分析表明,由于不需灌注腹腔混凝土．新型哑铃型拱肋施工时发生爆管的可能性很小对新型哑铃型短柱进行了轴压试验研究。结果表明,新型哑铃型短柱与传统的哑铃型短柱受力性能相近,极限承载力可以采用相同的计算方法。     

圆形及矩形基础非均质地基极限承载力数值分析

我国经济发达地区广泛分布有软弱黏性土地基,近年大量超高、超大建筑和高速铁路等设施的快速建设对这类复杂地基极限承载力及破坏机理的认识提出更高的要求。采用有限差分方法建立三维数值分析模型,分析强度随深度线性增大的黏性土非均质地基在矩形基础和圆形基础情况下的地基极限承载力和破坏模式。结果表明:黏性土强度不均匀系数越大,地基承载力系数越大;基底粗糙度通过影响土体发生破坏的位置影响地基承载力系数;矩形基础和圆形基础的基础形状系数随着土体强度不均匀系数的增大而减小;数值计算得到的长宽比为10的矩形基础情况下的地基承载力系数与条形基础情况下的地基承载力系数相等。