弹性基底上受非均匀荷载加劲板的局部屈曲特性

针对弹性基底上板的局部稳定问题,应用能量法推导了非均匀荷载作用下矩形加劲板的局部屈曲非线性特征方程,建立了考虑弹性基底接触和纵向加劲肋作用的屈曲板迦辽金表达式;基于牛顿迭代法,建立了局部屈曲的非线性特征方程的增量迭代格式与屈曲荷载特征值的附加迭代方程。分析结果表明:屈曲系数计算结果与有限元分析结果误差小于2%,并且避免了有限元模拟的接触分析过程,计算效率较高;当荷载梯度为1时,设置加劲肋的偏心构件的局部稳定性明显增强,临界屈曲系数增加到51.1,是普通板件的2.5倍;加劲板件的纵向鼓曲波的长宽比约为0.6,鼓曲波纵向排列相对密集,而普通板件每个鼓曲波的长宽比约为1.0;在不增加加劲肋材料用量的前提下,设置纵向加劲肋的最优位置为距离板件受压侧边缘的2/5板宽处,临界屈曲系数增加为78.9,是普通板件的4倍;加劲肋的设置可将矩形钢管混凝土壁板的宽厚比增加到172,将界限值提高2倍以上。可见,在矩形钢管混凝土管壁设置纵向加劲肋能够有效提高偏压作用下管壁的局部稳定性,改善矩形钢管混凝土的截面尺寸。     

长期荷载作用下钢管混凝土轴心受压构件初始应力分析

在分析弹性工作范围的钢管混凝土轴心受压短柱受力特点的基础上,对在长期荷载作用下钢管混凝土轴心受压构件的初始应力进行了分析。推导出在荷载作用下,三向应力状态的核心混凝土应力计算公式,引进了对钢管混凝土构件截面积的折减系数。与其它初始应力的简化公式的计算结果对比表明,此公式能全面反映含钢率、钢材及混凝土级别等因素对初始实力的影响。     

钢管混凝土柱徐变稳定性分析

为了探讨混凝土徐变对钢管混凝土柱轴向荷载作用下长期稳定性的影响,基于能量法和按照龄期调整的有效模量法,应用失稳准则,推导了考虑徐变和屈曲前变形的两端铰接、一端固定一端铰接和悬臂柱3种边界条件下的钢管混凝土柱长期稳定临界力计算公式,研究了该类柱徐变稳定临界力与核心混凝土强度的影响规律,并将规范取值与该临界力进行了对比. 研究结果表明:考虑徐变的钢管混凝土柱稳定临界力与徐变系数有关,相同计算长度但不同边界条件的该类柱徐变稳定临界力一致;核心混凝土强度的提高,会减小徐变对构件稳定临界力的影响;当按现行混凝土结构设计规范对核心混凝土强度等级低于C45的钢管混凝土柱进行设计时,应注意徐变失稳问题;钢管混凝土柱的徐变稳定承载力在前60 d下降明显且占总下降量约80%,在100 d后承载力逐渐趋于稳定.      

预应力矩形钢箱混凝土梁的弯曲性能

对8根预应力矩形钢箱混凝土梁进行了试验研究,以探讨预应力矩形钢箱混凝土梁的弯曲性能.主要考察了混凝土强度、钢材强度、预应力度、含钢率及加载模式等的影响,得到了钢板和混凝土应变沿梁高的分布和预应力筋的应力增长情况,研究了钢板局部屈曲对弯曲性能的影响.用纤维模型方法,考虑核心受压混凝土的“套箍”效应,得到了荷载-位移的全过程变化曲线,并与试验结果进行了比较,计算结果与试验值吻合良好.研究表明,预应力矩形钢箱混凝土梁具有良好的弯曲性能,有广阔的工程应用前景.     

钢管轻集料混凝土短柱偏心受压性能的试验

进行了18根钢管轻集料混凝土短柱的偏心受压试验.分析了偏心荷载作用下不同含钢率、偏心率的钢管轻集料混凝土短柱的破坏过程、破坏模式及破坏机理,并对试件的承载力影响参数及其承载力性能开展了研究.试验结果表明,钢管轻集料混凝土短柱在偏压荷载作用下,其荷载-挠度曲线主要分弹性阶段、弹塑性阶段和下降段;内填轻集料混凝土能够有效延缓外侧钢管的局部屈曲;试件的破坏模式属于弹塑性破坏或塑性破坏;在试件中截面,钢管对核心轻集料混凝土的约束作用与受力区域及加载过程有关;含钢率和偏心率对试件的极限承载力性能有一定影响,含钢率越大,试件承载力极限也越大,偏心率越大,试件极限承载力越小;钢管轻集料混凝土短柱偏压承载力与相同条件下的钢管普通混凝土短柱大致相当.     

PBL加劲型矩形钢管混凝土受拉节点热点应力集中系数计算方法

考虑了PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点支主管宽度比与厚度比和主管宽厚比,建立了热点应力集中系数有限元模型,计算了支主管节点热点应力集中系数;基于最小二乘法对计算结果进行拟合,给出不同几何参数下节点热点应力集中系数计算公式,对比了矩形钢管节点和PBL加劲型矩形钢管混凝土节点应力集中系数和荷载幅。计算结果表明:采用有限元模型计算的热点应力集中系数曲线与静力试验曲线基本一致,支主管交汇处各位置热点应力集中系数有限元计算结果与CIDECT规范公式计算结果平均比值分别为1.006、1.007、1.013、1.015和0.987,两者差值小于15%,因此,有限元模型可靠;PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点热点应力集中系数变化规律基本一致,随支主管宽度比呈抛物线变化,在0.6~0.8之间达到最大值,随主管宽厚比和支主管厚度比增大而增大,与CIDECT规范中矩形钢管节点计算结果一致;拟合得到的PBL加劲型矩形钢管混凝土节点热点应力集中系数公式计算结果与有限元计算结果的平均比值为1.011,均方差为0.222,变异系数为0.219,说明了拟合公式准确;采用应力集中系数计算公式,将PBL加劲型矩形钢管混凝土节点与矩形钢管节点进行对比,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点支管热点应力集中系数下降了68%以上,主管热点应力集中系数下降了61%以上,在2.0×106循环次数作用下,容许荷载幅提高到3倍以上。     

基于热点应力法的矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳评估

为准确评估矩形钢管混凝土组合桁梁桥节点疲劳性能, 引入热点应力法, 可通过平面杆系模型、空间杆系模型和三维实体模型计算节点焊趾处的热点应力幅, 并通过对52个节点疲劳试验数据回归分析, 拟合得到热点应力幅-循环次数曲线; 选取陕西黄延高速一座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为典型案例进行节点疲劳评估, 并对原有节点设计方案的构造进行优化。研究结果表明: 相比于墩顶矩形钢管混凝土节点, 跨中矩形钢管节点热点应力幅更大, 为60.1 MPa, 发生在主管表面, 但是小于欧洲规范Eurcode中的容许疲劳强度71 MPa, 满足疲劳设计要求; 对跨中疲劳易损节点进行设计构造优化, 原设计矩形钢管节点变为矩形钢管混凝土节点后, 管内混凝土改变了节点局部刚度, 使相贯线焊趾处应力分布均匀, 支、主管表面热点应力幅平均降低25.1%, 对原设计节点进行焊缝后处理, 可有效消除焊接初始拉应力, 改善节点疲劳性能, 支、主管表面热点应力幅平均降低14.9%;采用空间杆系模型对优化后的跨中矩形钢管混凝土节点进行疲劳评估, 支、主管表面最大热点应力幅分别为58.9、54.1 MPa, 大于三维实体模型计算得到的支管和主管表面最大热点应力幅45.2、47.1 MPa, 空间杆系模型计算结果偏保守, 且无法像三维实体模型一样准确计算不同热点位置的疲劳效应, 也无法准确判断疲劳开裂起始位置。      

矩形钢管混凝土中核心混凝土的本构关系

考虑到矩形钢管混凝土的约束机理,提出了基于体积的核心混凝土强、弱约束区划分方法,并按此计算有效侧向约束系数,修正了Mander模型中有效侧向约束力及下降段的表达式,建立了普通矩形钢管混凝土及带约束拉杆矩形钢管混凝土中核心混凝土本构关系的统一表达式。应用有限元软件ABAQUS对26个矩形钢管混凝土短柱试件的轴压试验进行了...     

侧边加劲半圆形波纹钢板墙的抗侧性能

为改善平钢板剪力墙受剪易屈曲及面外刚度小的问题，提出侧边加劲半圆形波纹钢板墙. 基于两边连接侧边加劲半圆形波纹钢板墙的力学特点给出其简化力学模型，推导了弹性初始刚度及承载力公式，并给出弹性屈曲临界荷载计算公式；采用有限元软件ABAQUS对22个单层侧边加劲半圆形波纹钢板墙进行了弹性屈曲分析及非线性推覆分析，验证了理论公式的有效性；研究了各设计参数对侧边加劲半圆形波纹钢板墙屈曲性能和破坏模式的影响. 研究结果表明:侧边加劲半圆形波纹钢板墙的弹性屈曲临界荷载较平钢板墙有显著提高；为保证侧边加劲半圆形波纹钢板墙发生整体屈曲，圆形直径及加劲肋厚度比应满足相应取值要求；随着跨高比的增大、高厚比的减小及半圆形直径的增大，钢板墙的弹性屈曲临界荷载基本呈线性增长；侧边加劲肋的肋宽及肋厚对波纹钢板墙弹性屈曲临界荷载的影响较小；在侧向荷载作用下，当直径大于30 mm时，侧边加劲半圆形波纹钢板墙的屈服先于屈曲；侧边加劲半圆形波纹钢板墙存在3种破坏模式，即弯曲破坏、弯剪破坏及形成拉力带形式的“褶皱”.      

纵向初应力作用下圆钢管混凝土轴压短柱受力机理

应用连续介质力学,确立钢管在纵向初应力作用下的圆钢管混凝土同心圆柱体钢管和混凝土受压时的计算模型,推导了初应力作用下的钢管混凝土组合弹性模量计算公式和组合应力-应变关系全曲线的表达式,分析了不同初应力系数下钢管混凝土加载过程中的钢管轴向应力-应变关系、环向应力-应变关系以及核心混凝土的轴向应力-应变关系、径向应力-应变关系的变化情况,探讨了初应力系数对钢管混凝土力学性能的影响。分析结果表明:随着钢管纵向初应力的增大,核心混凝土的纵向刚度、径向压应力、纵向强度与钢管环向拉应力也有所降低,而相应的钢管纵向压应力有所增加,套箍约束作用和极限承载力也有所降低,但对组合弹性模量影响不大。     

矩形不锈钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为了研究矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能,对7组不同截面尺寸的矩形不锈钢管混凝土短柱进行轴压试验,得到了不同试件的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-横向应变曲线、荷载-纵向应变曲线、荷载-长宽比曲线,分析了矩形截面长宽比对试件承载力的影响. 研究结果表明:矩形不锈钢管混凝土短柱在轴向压力作用下,其典型破坏模式为试件局部向外屈曲破坏;在相同长宽比的情况下,壁厚由4 mm增加到6 mm时,试件承载力增加25%~57%;在相同壁厚的情况下,长宽比由1增加到2,试件承载力减小22%~30%;将本文试验数据与国内外普通碳钢钢管混凝土柱的相关规范和标准的计算结果进行对比分析,发现不锈钢管混凝土短柱轴压承载力较相同截面的普通碳钢钢管混凝土短柱承载力平均高出14%;通过数值拟合得到了轴压承载力计算公式,该计算公式能较好地预测矩形不锈钢管混凝土短柱轴压承载力.      

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用，以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象，首先，进行轴压试验，得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响；然后，初步讨论了倒角对强度和延性的影响，提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法；最后，基于试验结果以及已有文献数据，采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式，并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明：试件宽厚比由34.9降至20.9，极限承载力的提升率平均为98.5%，核心混凝土强度由C40提升至C60时，试件极限承载力的提升率平均为7.3%；短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加，约束效应系数ξ越大，短柱的承载力越高；本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.     

圆钢管H型钢再生混凝土短柱的轴压承载力分析

为了研究圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压力学性能，对此类构件轴压承载力计算公式进行了理论推导，基于极限分析法，运用双剪统一强度理论，并依据H型钢和钢管对核心区再生混凝土约束效果的不同，分别计算H型钢约束区再生混凝土和钢管约束区再生混凝土承载力，提出一套圆钢管H型钢再生混凝土短柱轴压承载力计算公式，考虑了钢管内径厚比、套箍系数、H型钢配钢指标以及再生粗骨料取代率对短柱轴压承载力的影响, 同时也适用于无H型钢的圆钢管再生混凝土短柱轴压承载力计算. 将推导得到的钢管有效约束力代入承载力计算公式所得结果与相关试验结果对比误差在10%以内，吻合较好，验证了承载力计算公式的有效性和精确度.      

斜拉桥钢桥塔极限承载力分析

斜拉桥钢桥塔相对于混凝土桥塔而言一个值得注意的问题是,钢桥塔还关注局部稳定对结构整体稳定性的影响.当无法了解结构在复杂的初始缺陷、温度荷载等非线性因素作用和整体-局部相关稳定作用下的临界荷载时,只能靠放大安全系数来保证结构的安全,这样进行钢桥塔的设计以及建造,存在较大的盲目性,势必造成大量的隐患和浪费.以某斜拉桥为例,通过空间杆系模型和板壳元模型的对比分析,考虑不同的失稳判定准则和整体、局部缺陷及非线性温度影响,对钢桥塔的极限承载力进行研究,为大跨度斜拉桥钢桥塔的极限承载力分析及设计提供一定的理论依据.     

波形钢腹板组合梁桥的抗剪局部屈曲强度计算

为更精确地计算波形钢腹板局部屈曲强度,在收集国外试验数据的基础上,通过分析已有公式计算结果与实测值的符合程度,对波形钢腹板局部屈曲强度的合理计算方法进行了探讨。     

有初应力的钢管混凝土偏压构件极限承载力计算

应用有限元方法对有初应力的钢管混凝土偏压试件进行了非线性分析,算例计算结果与试验结果吻合良好．应用该方法,以长细比、偏心率和初应力度为主要参数对有初应力的钢管混凝土偏压构件进行了受力性能分析．分析结果表明,初应力度对于偏压短柱受力的影响与初应力对轴压柱的影响基本相同;对于偏压长柱,稳定极限承载力随着初应力增大呈非线性下降趋势,最大下降幅度可达20％,同时稳定极限荷载所对应的挠度也相应增大．增加钢号等参数,对大量进行了有限元计算,给出了极限承载力的初应力度影响系数（有初应力构件的极限承载力与无初应力构件的极限承载力之比）的简化计算公式．最后,以表格的形式给出仅含两个主要参数（长细比和初应力度）的初应力度影响系数,以供工程中更加简便、偏安全的应用．     

The Stability Study of Globe Transportation Center of Beijing Capital International Airport

Introduction For decades, the long-span space structurehave been widely used in the world. The light steearch structural system also becomes popular, because of its beautiful shape, reasonable structurand low cost[1]. With the application of higstrength structural steel and advanced constructiotechniques, however, the flange plates and web oa steel arch system have become thinner and thinner than before, which makes the structural stability more serious, especially for the long-span thiwall va…     

蜂窝梁弯扭屈曲分析及整体稳定性的计算方法

蜂窝梁是在工字钢或H型钢腹板上按一定的线形进行切割后变换位置重新焊接组合形成的新型钢梁,具有节省材料、便于铺设管道、平面内刚度增大、承载能力高等优点.由于蜂窝梁腹板开孔,与相同截面的实腹梁相比抗侧刚度被削弱,整体稳定性降低.文中以实腹梁临界弯矩计算公式为基础,考虑蜂窝梁的抗侧刚度、翘曲刚度和扭转刚度,给出蜂窝梁弯扭屈曲临界弯矩计算公式,采用ANSYS对纯弯状态下的蜂窝梁进行了弯扭屈曲分析,以蜂窝梁的孔高比和距高比为变量,给出了不同情况下蜂窝梁弯扭屈曲临界弯矩值,并与当量实腹梁临界弯矩公式计算结果进行对比,得出蜂窝梁临界弯矩与当量实腹梁临界弯矩之差随孔高比和距高比之间的变化关系,对蜂窝梁整体稳定性计算公式进行修正,最后提出了蜂窝梁整体稳定性的实用计算方法.