内压与局部轴压共同作用下钢筒仓屈曲性能研究(Ⅰ):参数分析

采用有限元方法研究了内压与局部轴压共同作用下钢筒仓的屈曲性能。研究的参数包括内压、局部轴压分布角及钢筒仓径厚比等。考察了各参数对筒仓屈曲模态、屈曲时对应的仓底反力、加载边中点下方仓壁的径向位移和环向应力等的影响。局部荷载作用下,仓壁的屈曲变形集中在仓壁局部。仓壁内将形成压力拱承受该局部轴压,且仓底局部范围内的反力为拉力。内压减小仓壁的屈曲变形。同时由于局部轴压作用下沿筒仓高度方向上仓壁的变形呈波浪状,仓壁内的环向应力沿高度方向相应呈波浪状变化。     

轴压和均匀内压下钢筒仓圆柱壳屈曲承载力研究

我国的《粮食钢板筒仓设计规范》对仓壁的稳定承载力计算方面的相关规定并不完善。本文以钢筒仓仓壁的圆柱壳体为研究对象,引入了四种常见的初始缺陷模式,对轴压和均匀内压下钢筒仓仓壁的弹性和弹塑性屈曲承载力进行了深入的参数化有限元分析,研究了各种缺陷模式对仓壁壳体屈曲承载力的影响,以及均匀内压对仓壁弹塑性屈曲承载力的提高程度。在有限元分析结果的基础上,结合中国规范的相关公式,拟合出轴压和均匀内压下钢筒仓仓壁的弹塑性屈曲承载力的计算公式。     

轴压和不均匀内压下钢筒仓圆柱壳屈曲承载力研究

我国的《粮食钢板筒仓设计规范》(GB50322-2001)对仓壁的稳定承载力计算方面的相关规定并不完善。本文以钢筒仓仓壁的圆柱壳体为研究对象,引入了四种常见的初始缺陷模式,对轴压和不均匀内压下钢筒仓仓壁的弹性和弹塑性屈曲承载力进行了参数化有限元分析,研究了各种缺陷模式及非均匀内压分布形式对仓壁壳体屈曲承载力的影响。在有限元分析结果的基础上,结合中国规范的相关公式,拟合出轴压和非均匀内压下钢筒仓仓壁的弹性及弹塑性屈曲承载力的计算公式。     

花瓣形钢管混凝土柱轴压受力机理和承载力研究

花瓣形钢管混凝土柱具有造型美观的优点,为具体研究其受力机理和承载力,定义了其截面组成,提出了截面偏移比和截面对称系数以反映花瓣形截面性质,提出在花瓣柱中设置十字形加劲肋以增强其组合效应。基于某工程中墩柱和有限元模型,研究了花瓣形钢管混凝土短柱在轴压荷载作用下的受力机理,分析了加劲肋厚度、混凝土强度、钢材强度、加劲肋开孔直径和间距等参数对轴压性能的影响,研究了加劲肋厚度与钢管壁厚的匹配关系。根据理论分析和大量有限元参数分析结果,建议了加劲肋厚度与钢管壁厚之比和钢管名义径厚比的取值范围,提出了花瓣形钢管混凝土短柱的轴压承载力计算式。     

储煤钢筒仓应力状态分析和强度设计初探

在分析国内外钢筒仓强度设计公式的基础上,通过求解圆柱壳在均匀轴压和内压作用下的微分方程,分析局部弯曲效应对钢筒仓变形和应力状态的影响.根据大量的参数分析,给出仓壁最大等效Mises应力计算公式.数值计算表明,形式简单的拟合公式具有良好的精度,为设计人员进行钢筒仓强度设计提供了参考.     

波纹钢板竖向加劲钢筒仓在风荷载作用下的稳定性分析

本文进行了波纹钢板竖向加劲钢筒仓在风荷载作用下的稳定性分析.采用了正交异性板单元来模拟波纹钢板,研究了仓顶刚度、仓壁波纹高度、仓壁竖向加劲肋截面刚度和仓底约束条件对筒仓特征值屈曲分析的影响.最后,采用特征值屈曲分析第1阶模态作为结构的初始缺陷,进行了结构非线性极限承载力分析,得到了结构对于这种缺陷形式的敏感程度.     

火力发电厂干灰库温度应力的有限元分析

运用有限元软件ANSYS对某工程灰库筒仓结构的温度场和温度应力进行仿真热-应力耦合分析,得到了灰库不同部位的温度场、温度应力曲线,建立了在温度应力影响下,仓壁环向拉应力随壁厚和温差变化的对应关系;对比分析了筒仓外壁是否设置保温材料,对仓壁受力的影响.研究结果表明,筒仓的温度应力和其对结构产生的影响在实际工程实践中不可忽略,温度效应不仅增大了筒仓壁的环向拉力,而且对于仓壁环向平面内负弯矩影响作用较大,通过设置保温材料可以有效降低筒仓结构的温度效应.     

矩形钢管混凝土柱T形加劲肋设计方法

基于钢板弹性屈曲理论,提出了矩形钢管混凝土柱内设置T形加劲肋的技术措施和设计方法。对于板件宽厚比较大的矩形钢管混凝土柱,沿钢管壁纵向设置T形加劲肋,由于T形加劲肋翼缘部分包裹于混凝土内部,充分发挥加劲肋与混凝土的共同工作性能,改善钢管壁局部屈曲性能。采用能量法并考虑内部混凝土对钢管壁的侧向支撑作用,基于均匀受压四边固支板简化计算模型,推导了内设置T形加劲肋的柱壁板件临界应力计算公式。通过控制钢管壁全截面有效,并考虑加劲肋界限刚度比影响,提出了矩形钢管混凝土柱的T形加劲肋刚度限值要求。结果表明:T形加劲肋与混凝土的共同工作显著改善了钢管壁的局部屈曲性能;对于大宽厚比矩形钢管混凝土柱,通过合理设计T形加劲肋,仍可使钢管壁全截面有效,即先发生屈服而不是局部屈曲。     

装配式落地波纹钢板筒仓在粮食荷载作用下的稳定性分析

装配式落地波纹钢板筒仓的仓壁为波纹钢板,故其结构性能属带肋各向异性壳,其稳定性能被筒仓工程界所关心.我国《粮食钢板筒仓设计规范》(GB 50322-2011)基于各向同性圆柱壳假定而得到的钢板筒仓稳定性计算公式,实际上不能真实反应屈曲承载能力.本文采用ABAQUS程序,结合筒仓算例,建立了包括波纹仓壁板和竖向加劲肋的筒仓模型,进行了粮食荷载作用下的线弹性屈曲分析和几何、材料双重非线性分析,得到屈曲承载能力,并与规范公式进行了比较.结果表明竖向加劲肋屈曲与否决定了装配式波纹钢板筒仓的稳定,规范关于筒仓稳定性的计算公式欠准确.     

内压与局部轴压共同作用下钢筒仓屈曲性能研究(Ⅱ):屈曲应力计算方法

采用有限元方法研究了考虑内压影响的局部轴压作用下钢筒仓屈曲应力。考察了内压、局部轴压分布角及径厚比等因素对钢筒仓屈曲应力的影响。将内压与局部轴压作用下钢筒仓屈曲应力的分析结果与现有规范中关于内压与均匀轴压作用下钢筒仓屈曲应力的计算结果相比较,发现现有规范公式不能准确计算内压与局部轴压作用下钢筒仓的屈曲应力。在参数分析的基础上,提出了相应的考虑内压影响的局部轴压作用下钢筒仓屈曲承载力计算公式。经验证,该公式与有限元分析结果吻合较好。     

基于SAP2000的钢筒仓设计方法与探究

大型钢筒仓结构在复杂荷载作用下,其仓壁将承受较大的竖向荷载,当仓壁竖向压应力大于所能承受的临界应力时,钢筒仓就会发生失稳破坏.以《钢筒仓技术规范》(GB 50884-2013)为依据,运用有限元软件SAP2000对架空式锥底钢筒仓的5组不同壁厚模型进行计算分析,其中部分模型利用竖向短肋在筒仓底部形成加强区.通过对不同模...     

外部加劲热轧钢管的分析和优化

利用非线性有限元法,分析了采用多种规格外部圆环加劲的圆柱形钢管的拟静力轴向破坏反应。加劲圆环将钢管沿竖向分为一系列的薄壁短柱结构。假定加劲肋的尺寸和形状由机械加工控制。研究了各种不同几何参数,如:钢管壁厚、环间距、环厚度和破坏时环的宽度,极限承载力和整体加劲钢管能量吸收的影响。将研究结果作为优化设计的基本原理。基于计算机模拟试验的分析,利用辐射函数,提出了关于平均承载力和能量消耗的后处理模型。运用单个对象和多个对象优化设计方程,得出不同反应特性的优化设计。根据渐进破坏屈曲得出的破坏模式依赖于加劲肋间距、加劲肋高度比、钢管壁厚以及加劲肋厚度比。优化结果显示,外加劲肋作为高效耗能构件是可靠的。     

基于欧标的密肋型波纹钢筒仓结构设计

波纹钢筒仓的分析可将仓壁作为均匀壁厚的等效正交异性壳进行,对两向拉伸刚度和弯曲刚度进行修正,可高效建立波纹仓壁的等效有限元模型.基于欧洲规范[1-7],对意大利热那亚一直径16.38m、高度21.216m的实际波纹钢筒仓工程进行了结构设计分析.仓壁竖向加劲肋为开口薄壁型截面,共54根,周向距离为0.953m.考虑了永久荷载、屋面可变荷载、散料压力、风荷载及仓顶栈桥荷载,同时考虑了10种组合荷载工况的承载能力极限状态和正常使用极限状态.设计分析采用了大型商业有限元软件ANSYS.线性静力分析表明结构的强度及变形满足欧标的要求.强度设计由包含散料压力的工况9控制,最大Mises等效应力发生在仓壁中下区域且略小于材料的强度设计值fy.稳定性分析同时考虑了几何非线性和材料非线性,结果表明各工况下的稳定安全系数均大于欧标规定值1.1.满仓时结构的稳定性设计由工况9控制,而空仓时由工况2控制.抗风梁对提高仓壁在风荷载下的屈曲强度有很大的有益作用.     

竖向加劲肋对钢板筒仓环向应力影响的研究

以直径为22 m,高为24 m的焊接钢板筒仓为研究对象,应用有限元分析软件SAP2000与Midas Gen对不同加劲肋间距的钢板筒仓进行单工况静力分析,探讨了不同的竖向加劲肋间距对钢板最大环向应力的影响,为工程设计与科学研究提供参考依据。     

加劲肋厚度对焊接球节点承载力的影响分析

目前加劲肋厚度对焊接空心球节点性能影响的研究不多,至今没有一部结构设计规范明确提出加劲肋厚度对焊接球节点强度的影响大小。如何经济、安全地选取加劲肋厚度是值得思考的问题。为有效评估加劲环板厚度对焊接球承载力的影响,运用有限元软件ABAQUS建立带肋焊接空心球节点模型,提出焊接空心球内部加劲肋的构造壁厚取值方法,同时研究了在受压和受拉情况下,不同加劲肋厚度对焊接球承载力的影响。     

温度作用下大直径钢筒仓热力耦合屈曲分析

落地式钢筒仓仓壁直接支承于混凝土环梁基础上,这种仓壁与基础的连接方式会使温度作用下筒仓根部产生显著的温度应力和变形,并对筒仓的屈曲性能产生影响.按照欧洲规范EN 1993-1-6推荐的5种壳体屈曲分析方法,分析太阳辐射作用下产生的非均匀温度场对大直径落地式平底圆柱钢筒仓稳定性的影响;并与均匀温度作用和无温度作用时筒仓的屈曲性能进行对比,得出不同温度作用对不同分析方法得到的筒仓屈曲模态和承载力的影响.最后通过参数分析得出缺陷的形式和幅值对钢筒仓屈曲的影响.     

钢吊车梁上部区域疲劳性能与加固研究

钢吊车梁上部区域的疲劳性能和疲劳加固对工业厂房的生产及安全起着重要作用。基于疲劳裂纹驱动能理论和线性累积损伤理论,探讨了偏心轮压以及水平力和偏心轮压共同作用对实腹式钢吊车梁上部区域抗疲劳性能、疲劳损伤与寿命的影响;并对比分析了短加劲肋加固、竖板加固以及纵横向加劲肋加固的疲劳加固效果。分析结果表明:随着轨道偏心值的增加,钢吊车梁上部区域的附加弯曲应力、疲劳损伤逐渐增加,疲劳寿命逐步降低,且考虑水平力作用较不考虑水平力作用影响更突出;在一个加劲肋区间内,偏心对钢吊车梁腹板附加弯曲应力的影响沿竖向由下往上逐步增强,沿水平向由加劲肋区间中部向两侧加劲肋逐步减弱;吊车梁上部区域疲劳裂纹始发点位于梁跨中部距离最近加劲肋约0. 38a处(a为加劲肋的间距);从经济性和疲劳加固效果考虑,短加劲肋的加固效果最好。     

竖向闭口槽钢加劲钢板剪力墙在非均匀压剪作用下的屈曲性能

对竖向闭口槽钢加劲钢板剪力墙在非均匀压应力和剪应力共同作用下的屈曲性能进行了有限元分析,得到了竖向闭口槽钢加劲钢板剪力墙的临界屈曲剪应力随加劲肋加劲系数的变化曲线及阈值刚度,提出了剪应力和竖向压应力共同作用下加劲肋阈值刚度的计算公式。结果表明:加劲肋阈值刚度随着小区格宽高比、竖向压应力非均匀系数、加劲肋数目和加劲肋抗扭刚度与抗弯刚度比增大而减小;提高加劲肋抗扭刚度与抗弯刚度比能显著降低加劲肋阈值刚度;加劲肋阈值刚度公式计算结果与有限元分析结果吻合较好。     

大尺度开口吸收塔环向加劲肋布置对结构稳定性影响研究

设置加劲肋是提高结构承载能力较为高效的方式。本文以塔顶布置湿式电除尘装置的大开口吸收塔为研究对象,通过屈曲理论分析及有限元模拟,研究了环向加劲肋对吸收塔结构产生的影响。研究表明:在环向加劲肋型式方面,加劲肋截面积大概相等的条件下T型加劲肋比半圆型和箱型更加优良;在加劲肋翼板与腹板尺寸方面,根据材料力学理论得到的b/t的值为34,日本规范取值为16,综合考虑工程中的施工误差与结构初始缺陷,优选较为安全的日本规范作为参考。加劲肋间距的选择方面可以根据结构临界屈曲荷载值-加劲肋间距变化曲线,同时考虑安全与经济的因素来确定。     

轴压作用下矩形钢管混凝土柱性能研究

为对比分析设置不同传力构件对矩形钢管混凝土柱在轴压作用下共同工作性能的影响,在钢管壁内侧设环向加劲肋和栓钉,不考虑钢管壁与核心混凝土间的摩擦粘结作用,利用有限元软件ABAQUS,进行轴压作用下矩形钢管混凝土柱共同工作性能研究分析。结果表明,在矩形钢管混凝土柱楼层节点区钢管壁内设环向加劲肋和栓钉,混凝土浇筑理想施工情况下,可以将作用在钢管壁上的部分外荷载传递于核心混凝土,迫使混凝土参与部分工作,改善了矩形钢管混凝土柱的受力性能,且栓钉作用较小。