带有加劲肋钢箱截面短柱强轴方向压弯最大承载力N-M相关曲线的研究

随着我国千米级大跨度桥梁建设的增多,钢箱型截面加劲梁在桥面系结构中的应用越来越广泛。探明带有加劲肋钢箱型截面短柱压弯构件最大承载力N-M关系将对该类结构设计提供科学的理论依据和基础。为此本文采用有限元分析方法,对带有加劲肋钢箱型截面构件在轴压和强轴方向弯矩共同作用下的受力性能进行研究。研究中,考虑箱型截面宽厚比RR和长宽比L/B两个设计参数,模型分析时考虑轴压和弯矩共同加载时的速率比β为0,1/3,1,3,∞等5种加载工况,共建立100个有限元模型。研究表明:宽厚比RR对钢箱型截面压弯构件最大承载力N-M相关曲线影响较大,RR越小结构最大承载力N-M相关曲线越大;L/B对压弯构件强轴方向的N-M相关曲线影响较小,可以忽略。通过最小二乘法统计分析,给出了RR与N-M相关曲线之间的经验公式。     

截面形状不同对钢箱短柱弱轴方向最大承载力N-M相关曲线的影响

为了探明截面形状不同对带有加劲肋钢箱型截面短柱弱轴方向最大承载力N-M关系曲线的影响,为该类结构设计提供科学的理论依据和基础。本文采用有限元分析方法,对带有加劲肋钢箱型截面构件在轴压和弱轴方向弯矩共同作用下的弹塑性性能进行研究。研究中,变化箱型截面宽厚比RR和长宽比L/B设计参数,建立20个有限元模型。为了探明各设计参数对钢箱型截面短柱弱轴方向最大承载力N-M关系曲线的影响,加载时考虑轴压和弯矩加载速率比β为0,1/3,1,3,∞等5种加载工况。研究表明:宽厚比RR对钢箱型截面短柱弱轴方向压弯最大承载力N-M相关曲线影响较大,RR越小结构的压弯最大承载力越大;L/B对压弯构件弱轴方向的N-M相关曲线也有一定的影响,随着L/B的增加,结构压弯最大承载力变小。     

对称配筋钢筋混凝土偏心受压构件的计算研究

钢筋混凝土偏心受压构件在工程中应用广泛,根据其破坏原理可以区分为大小偏心受压两种破坏形式,规范中对此类构件的承载力计算也有明确规定。针对这两种偏心受压形式,推导了大小偏心的判别方法和标准化承载力计算方法流程,并利用实体有限元数值模拟结果与规范公式计算结果进行了对照验证。最后,讨论了偏心距、配筋率和构件长细比等参数对偏心受压构件承载力的影响,总结了设计要点,为结构设计提供参考。     

钢桥板式加劲肋局部稳定试验与设计方法研究

板式加劲肋是钢结构桥梁中钢箱、钢塔以及钢拱等结构的基本组成板件,板式加劲肋的局部失稳是其主要的失稳破坏模式。为研究板式加劲肋的局部稳定性能,分别设计了变化板肋厚度与宽度2组板肋局部稳定试件进行轴压试验,并建立相应的有限元分析模型,计入本构关系、残余应力与局部初始几何缺陷对局部稳定性能的影响,得到板式加劲肋与三边简支板的局部稳定简化计算公式。试验与分析结果表明:①当板肋宽厚比小于16时,出现板肋与被加劲板的同时屈曲破坏,反之,则仅出现板肋的局部失稳破坏;②随着板肋宽厚比的增大,试件发生破坏时的失稳变形现象越来越明显,对于变板肋厚度试件,试件极限平均应力随着板肋宽厚比的增大,呈先增大后减小的趋势,对于变板肋宽度试件,极限平均应力随着板肋宽厚比的增大逐步递减;③当相对宽厚比大于0.91时,采用板肋加劲板构件中的板肋所拟合的三次多项式曲线高于其他规范曲线,当相对宽厚比小于0.95时,三边简支一边自由的简化模型所拟合的公式曲线与GB 50017-2017规范曲线、Eurocode 3曲线以及美国AISI规范曲线较为接近,在整个相对宽厚比范围内均高于中国钢桥规范与日本规范曲线;④采用构件中板式加劲肋拟合的公式可以更好地计算实际试件承载力,采用三边简支一边自由的简化模型拟合的公式则更安全,推荐采用三边简支板拟合公式进行计算。     

铝合金工字梁极限承载力有限元分析

以5片铝合金工字梁为研究对象,进行非线性极限承载力有限元分析,得到了荷载-位移曲线,并与已有试验结果进行比较,计算结果与已有试验结果吻合较好;研究结果也验证了采用兰伯格-奥斯古德(Romberg-Osgood)模型来描述铝合金结构本构关系是合适的。在此基础上,研究了不同结构初始几何缺陷和荷载偏心等参数对铝合金工字梁极限承载力的影响。最后,从工程应用的角度,对相同设计参数下铝合金工字梁和钢工字梁极限承载力进行了对比分析,研究表明,相同设计参数的铝合金结构极限承载力与重量比为钢结构的1.645倍。     

圆形截面钢筋混凝土墩柱的轴压比限值探讨

结合现行规范简化公式,探讨圆形截面墩柱的轴压比限值.首先,根据构件平截面假定,以及纵向受拉钢筋和受压区混凝土同时达到各自强度设计值的界限状态,以受压区混凝土截面面积的圆心角(rad)与2π的比值α作为判别条件,推导出混凝土受压区相对界限角度比值αb的计算公式;然后,与偏心受压构件M～N曲线拐点位置进行对比,并采用实体单元有限元混凝土裂缝模型进行校核.结果 表明,混凝土受压区相对界限角度比值αJ与规范简化公式匹配较好,可作为区分圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件大、小偏心状态的判别条件.在此基础上,推荐了对应于不同钢筋种类和混凝土强度等级的轴压比限值.     

波形钢腹板矮塔斜拉桥施工阶段稳定性分析

波形钢腹板矮塔斜拉桥以其新颖的结构形式、优良的受力特性、较好的材料利用效率,修建数量日益增多,因其多采用薄壁钢腹板和刚构薄壁高墩的结构形式,使得对该类桥型施工过程中稳定性问题的研究就显得尤为重要。研究方法:利用ANSYS有限元软件建立朝阳沟波形钢腹板矮塔斜拉桥空间块体+板壳组合单元精细计算模型,计算纯剪切荷载作用下钢腹板的失稳模态;选取施工关键阶段,计算悬臂施工状态的弹性稳定性;考虑材料非线性、几何非线性和混凝土材料的开裂和压碎特性,计算悬臂施工状态非线性稳定性。结果表明:波形钢腹板构造按弹性屈曲强度公式计算最小值为348.3 MPa(合成剪切屈曲),有限元方法计算的剪切屈曲最小值为517.9 MPa,均大于材料剪切屈服强度199 MPa,结构承载力按剪切屈服强度控制;矮塔斜拉桥拉索的弹性支撑作用,增强了波形钢腹板稳定性,施工中主要是主墩的平面内侧倾失稳,不会出现波形钢腹板的失稳情况;考虑材料非线性和几何非线性求得悬臂施工阶段的非线性稳定系数仅为弹性稳定系数的41%～34%,悬臂越长,非线性效应对稳定性的影响越突出;施工荷载对悬臂施工状态的稳定性影响很大,最不利工况下结构的非线性稳定系数为5.13,结构稳定性仍满足规范要求。     

超高桥塔结构偏心距增大系数计算方法

针对采用既有规范经验公式计算超高桥塔偏心距增大系数过于保守的问题,对超高桥塔偏心距增大系数的合理计算方法进行研究。基于稳定屈曲理论,推导基于铰接杆、悬臂杆偏心距增大系数的解析表达式;结合桥塔力学行为和偏心距影响系数α,提出更适用于超高桥塔结构的公式算法。依据桥塔的弹性屈曲模态和施工控制精度,构建了桥塔各节点初始缺陷坐标函数,提出了考虑初始缺陷的偏心距增大系数有限元计算方法。以常泰长江大桥为例,对比有限元算法、所提出的公式算法和规范算法下的偏心距增大系数,结果表明:几何非线性效应是偏心距增大系数的主要影响因素;规范算法数值偏大,过于保守;所提出的公式算法与有限元算法吻合度较高,可用于超高桥塔的设计。     

空间索面的自锚式悬索桥主梁稳定简化计算研究

自锚式悬索桥在荷载作用下,主梁端部承受主缆巨大的水平分力作用,为压弯构件,其稳定是个十分重要的问题。根据弹性支承梁屈曲失稳简化计算方法,推导了适用于空间索面的自锚式悬索桥主梁屈曲失稳简化计算公式,并以江东大桥为例,分别用简化计算方法和有限元法分析主梁稳定,在恒载下两种方法得到的失稳安全系数很接近,且简化公式计算偏于安全,验证了公式的可行性。     

圆钢管混凝土轴压中长柱的承载力

首先应用模型柱法,对钢管混凝土轴压中长柱荷载-变形关系进行全过程分析,得到了钢管混凝土轴压中长柱承载力的数值解法;其次,根据切线模量法推导了钢管混凝土轴压中长柱稳定承载力计算公式;再次,基于模型柱法,探讨了构件长细比、混凝土强度等级、含钢率和钢材屈服强度对钢管混凝土轴压中长柱承载力稳定系数的影响,并在修正切线模量法推导的计算公式的基础上,建立了钢管混凝土轴压中长柱承载力实用计算公式;最后将该公式计算结果与各国216根钢管混凝土轴压中长柱承载力有效试验结果进行了对比。结果表明:该承载力计算公式所得结果与试验结果吻合较好,且偏于安全。     

偏心受压构件极限承载力的实用计算方法

为了方便快捷地求解矩形及圆形截面偏心受压构件的极限弯矩,基于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中给出的偏心受压构件正截面抗压承载力计算公式,推导出了矩形及圆形截面偏心受压构件极限弯矩的计算公式,并进行相应的算法理论分析。还采用了有限元程序Midas进行比较计算,分析结果表明该方法具有较好的计算精度,满足桥梁设计需要。     

铝合金腔体复合构件抗弯性能试验研究

为安全经济地设计铝合金腔体复合构件,使其达到加固要求,以铝合金腔体复合构件在加固过程中的实际工况为背景,对其抗弯性能进行试验研究,并采用数值模型进行验证。通过描述试件的加载破坏过程,分析各类试件的破坏机制,得到试件的承载力、延性和抗弯刚度的增长规律。试验结果表明： 1）砂浆压碎或铝合金拉断是铝合金腔体复合构件丧失承载能力的标志; 2）砂浆材料能显著提升试件承载能力,并降低试件延性,对试件抗弯刚度贡献不大; 3）碳纤维材料能显著提升试件抗弯刚度,并有限地提升试件的延性和承载能力。     

A04高强铝合金矩形管的弯曲性能参数化分析

利用数值分析方法计算了铝合金矩形管纯弯曲构件的荷载-位移全过程关系曲线,计算结果与试验结果吻合程度较好.基于全过程分析结果,推导了高强铝合金抗弯强度的简化计算公式,可供工程设计时参考.     

隧道钢管钢架与传统格栅钢架受力特性对比试验研究

针对传统格栅钢架和自主设计的4肢钢管钢架支护结构，利用Abaqus通用有限元软件，综合考虑钢管厚度、构件质量、材料成本等因素，系统开展2种隧道支护结构在单独受荷和共同受荷条件下的极限承载力、抗弯刚度、弯曲挠度、破坏形态等力学特性及演化规律的对比试验研究。研究结果表明： 1)钢管钢架和格栅钢架在刚度、承载力、变形破坏形态等方面存在一定差异，在用钢量相同的情况下，钢管钢架具有更高的强度和抗弯刚度，结构变形和受力亦更加合理； 2)钢管钢架自身承载力受钢管壁厚参数影响较为显著，壁厚取值过小会明显降低其承载力，但当壁厚达到一定数值时，继续增加壁厚对提高构件整体强度和抗弯刚度有限，同时会相应增加构件质量和材料成本； 3)在单独受荷条件下，格栅钢架的承载力为445 kN·m，较钢管钢架构件PG-2低393%，此时钢管钢架质量较格栅钢架略低，但每延米单价要高； 4)格栅钢架混凝土构件的极限荷载为174.6 kN·m，较钢管钢架混凝土构件C+PG-2、C+PG-6的极限荷载分别低2.7 %、30.6 %； 5)钢管钢架对于早期变形速度较大的围岩具有较好的适用性。     

梯度碳纤维复合材料/铝合金复合多胞管斜压失稳研究

以碳纤维复合材料 （Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic,CFRP） /铝合金复合多胞吸能管为研究对象,建立基于试验验证的高精度有限元模型,对比分析了CFRP/铝合金复合单胞管与多胞管在多角度斜向压缩工况下的动力学响应,阐明CFRP/铝合金复合多胞管的优缺点,解析CFRP与铝合金的吸能贡献机制。针对CFRP/铝合金多胞管大角度工况下的斜压失稳问题,提出一种基于CFRP梯度缠绕策略的失稳控制方法,明确了以CFRP正向梯度缠绕铝合金复合多胞管为基础构型的解决方案。通过对梯度厚度差值与梯度层数进行参数化研究,建立了高效精准的梯度设计策略,确保CFRP/铝合金复合多胞管在期望角度范围内始终保持稳定高效的变形模式,实现多工况综合耐撞性能的显著提升。研究 成果为多材料轻质安全车身结构的耐撞性设计提供理论指导与共性技术支撑。     

异形截面钢筋混凝土偏心拉压构件承载能力分析的电算方法

寻求异形截面钢筋混凝土偏心拉压构件承载能力分析的通用方法是一个难点。该文应用基本假定下统一的几何方程、物理方程和不同形式的平衡方程,采用受压区高度判别大小偏心,并通过数值方法解非线性方程,采取一定方法避免正确解的遗漏和对满足弯矩平衡不满足轴力平衡的假解的过滤,用求解得到的涵盖完整的四个象限的Nu-Mu承载能力相关曲线图,直观地对上下翼缘在偏心拉压等各种工况下的承载能力进行校核,借鉴校核求解过程并按合理途径增加两侧配筋一并解决设计问题,编制的程序为解决异形截面偏心受力钢筋混凝土构件配筋的设计和验算提供了方便实用的工具。     

大跨径波形钢腹板梁桥试设计及探索

波形钢腹板组合箱梁从根本上回避了一般预应力混凝土箱梁桥腹板开裂病害问题,合理地将钢、混凝土两种材料结合,改善结构力学性能并减轻结构自重,理论上波形钢腹板梁桥可以超过混凝土腹板梁桥达到更大的跨度。由于梁桥中墩墩顶处负弯矩承载力有限,通过负弯矩对比的方式,试设计主跨360 m的波形钢腹板组合梁桥,并建立有限元模型,对结构抗弯、抗剪承载力,以及连接件等进行计算,结果表明试设计方案是成立的。钢腹板整体屈曲稳定性是制约波形钢腹板梁桥跨径增大的主要因素之一。为解决现有的波形钢腹板型号应用在大跨度梁桥中整体屈曲强度折减较严重的问题,研究设置纵向横隔和采用大尺寸波形钢腹板型号的应对措施,从而为波形钢腹板梁桥向更大跨度发展做出积极探索。     

钢管混凝土轴压与纯弯荷载-变形关系曲线实用计算方法研究

在数值计算和试验研究成果的基础上,探讨了钢管混凝土轴压强度承载力和抗弯承载力指标取值问题。在大范围参数分析的基础上,通过分析荷载—变形全过程关系各阶段的力学性能和特点,提出了钢管混凝土轴压σsc ε关系和纯弯M φ关系全过程曲线的实用计算公式,实用计算公式的计算结果与数值计算结果、试验结果吻合较好。最后提出了钢管混凝土轴压强度、抗弯承载力和抗弯刚度的简化计算公式,简化计算公式的计算结果与大量试验结果吻合较好。     

变高度连续钢桁架桥力学性能分析

以空间曲面桁架桥为例,采用桥梁专业计算软件建立三维模型,分析空间异形桁架各杆件的力学性能和特点,并拟定杆件尺寸,验算桁架各构件强度、刚度;通过屈曲分析,验算全桥整体稳定性及构件稳定性,根据曲面桁架受力特点优化构件尺寸.对空间曲面桁架桥结构动力特性的分析表明,其振型表现为横向振动,可通过增加两榀曲面桁架间的横向联系来抵消由构件本身引起的弯矩.