朱俞江[1]2003年在《箱形截面梁和梁柱的弹塑性稳定极限承载力分析》文中进行了进一步梳理箱形截面梁与梁柱由于较其它形式的截面具有较好的两个主轴方向抗弯刚度和抗扭刚度，随着钢结构的不断发展，箱形构件制作工艺的完善和日趋成熟，箱形截面构件的应用越来越广，尤其是在多高层建筑中。 文章首先对箱形梁进行研究，分别基于Umansky约束扭转理论和Gielsvik约束扭转理论推导了箱形梁在纯弯作用下的弹性临界弯矩，并进行了比较，发现基于Gielsvik约束扭转理论的临界弯矩具有较好的精度且形式简单。而后根据切线模量法编制了程序，计算了弹塑性阶段梁的极限承载力，分析了不同截面尺寸、残余应力模型和应力峰值等对临界承载力的影响，通过分析得出必须采用换算长细比来描述箱形梁的稳定性及在常用长细比范围内可取箱形梁稳定系数φ_b=1.0的结论。 其次，运用基于Gielsvik约束扭转理论推导了箱形偏压杆的弹性弯扭屈曲荷载，同时给出了压弯杆在弹性弯扭屈曲的轴力和弯矩相关关系。 最后，运用ANSYS通用有限元程序的Beam189单元，引入初弯曲和残余应力的影响，用考虑几何和材料双重非线性的有限元求解格式求得箱形柱在不同轴力和弯矩比例作用下的弹塑性极限承载力，通过对十几个不同截面尺寸构件在不同长细比下的承载力计算，发现在轴力P远大于弯矩M时，构件将是平面外失稳控制，而当轴力P远小于弯矩M时，构件则以平面内失稳为主。最后对数据进行分析、拟合，得到了实用的计算箱形柱压弯构件承载力的计算公式，并消除了规范中稳定系数罗φ_b>1.0的概念错误。
刘涛[2]2005年在《箱形截面构件相关稳定承载力及滞回性能研究》文中认为由于良好的受力性能和方便的梁柱节点构造,箱形截面柱在钢框架结构体系中得到了广泛的应用。对于多层钢框架结构,如果能够在设计中适当放宽框架柱的壁板宽厚比限值将能够有效地减少结构用钢量,从而更有利于这种结构体系的推广。但现行的钢结构设计规范没有给出相应的设计方法。利用弹塑性叁维大挠度板壳有限元方法,本文对箱形截面构件及采用箱形截面构件的多层钢框架进行了系统研究,揭示了其在发生壁板局部失稳时的受力性能。研究过程中考虑了焊接残余应力、构件初弯曲以及壁板的初始缺陷对构件稳定极限承载性能的影响。本文首先分别对承受轴心压力、纯弯曲以及同时承受轴心压力和弯矩的箱形截面短柱和长柱进行了系统的参数研究。研究了构件的壁板宽厚比(D/t)、截面边长比(B/D)以及长细比(λ)对其稳定极限承载性能的影响。在大量数值分析的基础上,彻底抛弃了“有效宽度”的概念,提出了直接以构件叁个几何参数为自变量的稳定承载力计算公式。公式统一了利用壁板屈曲后强度与不考虑壁板屈曲后强度的两种设计方法,大大简化了设计程序。研究了箱形截面构件的非弹性等效弯矩系数并比较了其与弹性等效弯矩系数以及现行钢结构设计规范简化计算公式的区别。研究了使用箱形截面框架柱的钢框架静力稳定极限承载性能。分析了框架柱壁板宽厚比(D/t)对钢框架承载能力以及破坏机理的影响。对箱形截面构件在轴向拉压、常轴力循环弯矩作用下的滞回性能进行了研究。分析了构件的壁板宽厚比(D/t)、截面边长比(B/D)、长细比(λ)以及轴向荷载水平(N/Nu)对构件滞回性能的影响。在系统研究的基础上,对箱形截面构件的滞回性能进行了评估。评估结果表明,在抗震设防烈度较低或者非抗震设防地区,在严格控制框架柱轴向荷载水平的情况下,可以适当放宽框架柱的壁板宽厚比限值。本文最后通过几个典型的算例对现有的叁类钢框架设计方法即计算长度系数法、二阶弹性分析方法和二阶弹塑性分析方法进行了分析、比较及评价。
谢斌[3]2008年在《薄腹箱形截面双向压弯构件的稳定性能分析》文中研究说明本文运用ANSYS通用有限元程序计算了薄腹箱形截面双向压弯构件的稳定承载力,分析了参数改变对其造成的影响,主要的工作有以下几方面。第一,在ANSYS程序中,用其提供的Shell 181类型单元建立了薄腹箱形截面双向压弯构件的模型,考虑了构件的初始几何缺陷以及焊接残余应力的影响。用该模型能够计算出薄腹箱形截面双向压弯构件的稳定承载力。与已有的一些实验数据作出比较,结果较为吻合,证明本文所建立的模型能够较为真实地模拟薄腹箱形截面构件在双向压弯荷载下的受力特性。第二,对影响薄腹箱形截面双向压弯构件稳定承载力的因素进行了参数化分析,这些因素包括腹板宽厚比,构件长细比,荷载偏心率以及残余应力等。研究表明腹板高厚比的增大,长细比的增大以及荷载偏心率的增大,都会降低构件的稳定极限承载力,另外,残余应力的存在也对构件产生不利影响。第叁,将ANSYS模型计算所得结果与我国现行规范作出比较,发现我国规范关于薄腹箱形截面双向压弯构件的稳定承载力的计算普遍偏于保守,其程度随截面参数的改变而不同。
胡宗波[4]2010年在《钢结构箱形柱与梁异型节点性能试验与理论研究》文中提出本文在钢结构箱形柱与梁异型节点试验的基础上,研究了钢结构异型节点的滞回特性、承载能力、延性性能、剪切变形能力、耗能能力及强度和刚度退化规律,分析了钢结构异型节点域的剪切破坏机理,提出了钢结构异型节点的破坏模式,建立了钢结构异型节点域的变形机制并推导了节点域屈服剪力公式；通过对钢结构异型节点的应变分析和简化模型的计算,研究了钢结构异型节点的受剪机理,并根据节点域的应力状态推导了钢结构异型节点的抗剪承载力计算公式,且对钢结构异型节点的设计提出合理建议。试验和理论研究表明,钢结构箱形柱与梁异型节点的抗震性能较好,延性能够满足弹塑性极限变形的要求,节点域的耗能能力很强,所有试件在层间位移角超过极限位移角时,承载力无显着退化；钢结构异型节点的主要破坏模式是节点域小核心区剪切屈曲破坏,当柱两侧梁高比不超过0.4时,建立的钢结构异型节点域变形机制是可行的,节点域屈服剪力的计算值与试验值误差很小；在压弯情况下,从核心区任意单元体应力状态出发推导的钢结构异型节点抗剪承载力公式,与试验结果比较吻合。研究结果可为钢结构箱形柱与梁异型节点的性能参数提供试验参考,还可为钢结构异型节点在水平地震作用下的抗剪设计提供理论依据。
蒋天元[5]2012年在《钢—竹组合梁柱边节点抗震性能试验研究》文中提出采用冷弯薄壁型钢和竹胶合板通过结构胶粘剂组合在一起的各种结构构件，能较好的发挥钢材与竹材各自的力学性能优势，二者之间具有良好的组合效应，在一定程度上克服了冷弯薄壁型钢过早发生屈曲失稳的弊病。同时，利用这两种材料组合，能够方便地获得各种截面形式的结构构件，满足现代建筑结构形式多样化的需求。目前，科研人员已对薄壁C型钢-竹胶板组合箱形柱、冷弯薄壁型钢-竹胶板组合工字形梁、薄壁C型钢-竹胶板组合楼板、压型钢板-竹胶板组合墙体等组合构件进行了相关的试验研究，本文针对组合工字形梁和组合箱形柱之间的节点连接方式进行了一系列的抗震性能试验研究，这对促进钢-竹组合结构体系的建立和推广，将具有深远的意义。工字形钢-竹组合梁和箱形钢-竹组合柱的边节点，采用T型钢连接件和螺栓实现组合梁柱之间的连接，并在节点核心区的柱子四周焊接钢板形成钢筒套，从而增加节点域的刚度和整体性能。试验以螺栓强度、螺栓个数、有无设置加劲肋为基本参数，对6个组合梁柱边节点试件进行了拟静力试验，观察组合节点在不同参数设置下的荷载-位移滞回曲线、组合梁柱之间的位移计读数和节点核心区的钢板应变变化，得到了组合梁柱节点的延性系数、耗能系数等抗震性能指标以及梁柱的相对转角和节点核心区的剪切变形等节点力学性能。试验结果表明，螺栓强度等级和螺栓个数对组合梁柱节点的极限承载力和节点核心区剪切变形的影响不大，而节点区加劲肋的设置变化对节点的转角刚度和抗震性能指标影响显着。本文根据试验结果，分析了钢-竹组合梁柱边节点的受力模式和破坏机理，在此基础上提出了节点区连接件的理论转角公式，利用该公式计算的理论值与试验值符合较好，并根据试验的M-θ滞回曲线提出相应的简化数学模型。同时利用ANSYS有限元高级分析软件对6个组合节点进行了模拟分析，得出的试件屈服承载力对钢-竹组合梁柱边节点在实践工程计算应用中具有一定的参考作用。最后，文章对钢-竹组合梁柱边节点的设计方法提出了合理的建议。研究表明，钢-竹组合梁柱通过T型钢和螺栓连接的节点，其整体工作性能优良，具有较高的极限承载能力、刚度和延性，能满足抗震的基本要求，可在实践工程中推广应用。
刘坚[6]2003年在《基于结构极限承载力的轻型钢框架结构的计算理论及应用研究》文中研究说明钢结构具有轻质高强、抗震性能好、工业化程度高、施工速度快、符合环保要求、符合可持续发展概念和科技含量较高等优点，随着我国实行积极采用钢结构的政策以及我国钢总产量进一步提高，建筑钢结构得到迅速的发展，特别是在住宅、办公和旅馆等钢结构建筑中得到越来越广泛的运用。在建筑钢结构中，钢框架结构是一种多高层建筑常用的结构形式，但钢框架结构容易失稳，另一方面，钢结构设计方法存在着结构弹性内力分析与构件弹塑性极限状态设计、把强度与稳定分开来进行设计等不合理现象，因此，对解决以上问题进行研究具有理论和现实意义。随着多高层轻型钢框架的广泛应用，它的设计理论与方法是目前学术界和工程界普遍关注的热点问题。虽然人们已对多高层钢结构的空间静、动力特性进行了大量研究，但由于涉及因素很多，十分复杂，至今许多问题尚未圆满解决，特别是多高层轻型钢框架二阶非弹性分析的计算理论和方法。在计算机迅速发展的时代，使得人们在进行试验研究的同时，有可能通过理论分析进一步认识和发展多高层轻型钢框架二阶非弹性的计算理论，建立基于结构极限承载力的设计理论和方法，研究有效和实用的方法，以达到为轻型钢结构工程设计服务的目的。在分析国内、外有关研究成果基础上，本文主要研究和探讨了基于结构极限承载力的轻型钢框结构架计算理论和应用，重点研究和建立了轻型钢框架结构二阶非弹性分析方法和基于结构极限承载力的计算理论和设计方法。采用计算机高级编程语言，实现了可完成以上理论分析的数值分析计算程序，为轻型钢框架的二阶非弹性分析及基于结构极限承载力的设计方法提供了方便实用的应用工具和手段。通过算例和ANSYS软件论证了本文方法的实用性、有效性和可靠性，并且对基于遗传算法的多高层轻型钢框架优化设计方法也进行了研究。论文主要工作和主要结论如下：（1）根据连续介质力学理论，建立了考虑剪切变形效应的基于稳定插值函数的多高层轻型空间钢框架几何非线性分析的有限元模型；利用修正的拉格朗日列式，从增量虚功平衡方程出发，推导了钢框架结构梁柱单元空间二阶弹性分析的刚度矩阵；研究了基于稳定插值函数考虑剪切变形效应的钢框架空间几何非线性分析的梁柱理论模型。在‘拉弯模型’基础上，首次提出了扭转翘曲稳定函数的概念和计算公式，并推导了基于扭转翘曲稳定插值函数的开口轻型薄壁梁柱单元的扭转翘曲刚度矩阵；同时提出了侧扭几何刚度矩阵；（2）基于平面精细化塑性铰模型，考虑梁柱构件的剪切变形、侧扭变形、翘曲<WP=6>变形、效应、残余应力、几何初始缺陷和材料渐进屈服等影响后，把平面钢框架精细化塑性铰法推广应用到轻型框架空间二阶非弹性分析中；把有限元法与梁柱理论法结合起来，提出了一种新的轻型钢框架空间二阶精细化塑性铰分析法；建立轻型钢框架结构极限承载力的设计方法；研制了基于精细化塑性铰概念的轻型钢框架空间二阶非弹性分析软件，成功地实现了轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析及基于结构极限承载力的设计方法。通过ANSYS软件实现了轻型钢框架空间二阶塑性区分析，同时还与一些试验结果及算例进行了对比，利用这些方法验证了本文提出的理论和方法的正确性及精度。（3）针对目前各种连接模型都存在一定缺陷，提出基于神经网络BP算法的半刚性连接节点计算模型。推导了半刚性连接轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析新的切线刚度矩阵，建立半刚性连接轻型钢框架结构空间二阶非弹性分析和结构极限承载力设计新的计算方法。在考虑节点半刚性连接、效应和剪切变形之后，提出了柔性连接多高层轻型钢框架结构自振周期的简化计算公式，这使采用底部剪力法在计算柔性连接多高层轻型钢框架地震作用时，更加符合半刚性连接多高层轻型钢框架的实际受力和变形特点。（4）结合本文轻型钢框架的二阶非弹性分析的计算理论和方法及结构极限承载力的设计方法，将遗传算法引入轻型钢框架结构的优化设计中，这为合理地进行轻型钢框架结构工程设计提供了有利的工程指导。
窦超[7]2011年在《钢拱平面外稳定性能及设计方法》文中研究指明目前钢拱平面外稳定设计方法尚不系统和成熟，使得设计中依据不足。本文对圆弧形实腹式钢拱的平面外弹性屈曲性能及弹塑性稳定承载力进行系统的理论研究，建立了其平面外稳定承载力以及面外支撑刚度的实用设计方法。首先对圆弧拱的平面外线弹性屈曲进行了全面研究，建立了圆弧拱微段的一般平衡方程，推导得到均匀受压、均匀受弯及不等端弯矩作用下平面外屈曲荷载的理论解和实用简化解，为后续稳定承载力设计方法的研究奠定基础。采用有限元数值方法对压弯圆弧拱的弹性弯扭屈曲性能进行了全面分析，掌握其主要影响因素和变化规律。采用大挠度弹塑性有限元法，对均匀受压及受弯等理想受力情况下的圆弧拱的平面外弹塑性稳定及承载力设计方法进行了研究。基于正则化长细比，获得了不同边界条件下稳定曲线的统一表达式。针对不等端弯矩作用的情况，考虑弯矩梯度的影响，提出了平面外稳定承载力计算的等效正则化长细比法和等效弯矩系数法。研究了压弯圆弧拱平面外承载性能及破坏机理，建立了基于内力的平面外稳定承载力的N-M相关设计公式，通用于复杂荷载组合，且可用于面外支撑拱的支撑间拱段的承载力设计。接下来针对有面外支撑钢拱的线弹性稳定问题，理论推导得到连续弹性支撑的均匀受压、受弯铰支圆弧拱的屈曲荷载。对面外离散支撑拱的稳定性进行了数值研究，揭示了其弹性屈曲特性。对于等间距侧向支撑的情况，建立了完全支撑的弹性门槛刚度计算公式，并得到了保证门槛刚度前提下，支撑间拱段不发生面外弹性失稳的支撑间距条件。最后对有平面外支撑的圆弧拱的弹塑性承载力进行了研究，掌握各参数下离散支撑效能的变化规律，在弹塑性范围内获得了起到充分约束作用的等间距侧向支撑的门槛刚度，并给出了支撑间压弯拱段的平面外稳定承载力的设计建议。
赵立伟[8]2017年在《波折腹板箱形梁式转换层结构性能研究》文中研究说明随着轨道交通的广泛建设,为提高交通节点土地利用率,在车辆段上进行二次开发建设。为满足其建筑要求,需在地铁车辆段与二次开发建筑之间设置转换层。转换层跨度大且受力复杂,在整个结构中属薄弱环节,因此对转换层的研究十分必要。本文以深圳前海车辆段上盖33#楼钢框架结构为研究对象,采用YJK结构计算软件,参照现行设计规范对带平腹板箱形梁式转换层的整体结构进行设计计算,得到平腹板箱形转换梁的内力及挠度,反算出平腹板箱形转换梁所承受的荷载,为单独分析箱形梁式转换层提供数据。波折腹板梁适合使用于大跨度结构,考虑其具有较高的抗剪屈服强度、平面外刚度、抗弯刚度和整体稳定承载力等优点,本文尝试使用波折腹板梁做为转换构件,并与实际工程采用的平腹板箱形转换梁进行对比分析。从整体结构中将箱形梁式转换层单独剥离出,以平腹板箱形梁式转换层和波折腹板箱形梁式转换层为研究对象,采用ANSYS有限元软件对其进行静力性能分析,得出两种箱形梁式转换层的应力、应变云图,绘制荷载-位移(P-△)曲线,分析两种转换层的受力性能。然后研究平腹板箱形梁式转换层和波折腹板箱形梁式转换层在循环荷载下的受力性能,绘制荷载-位移(P-△)滞回曲线、骨架曲线,分析其滞回性能、延性及耗能能力。通过静力分析得出,波折腹板箱形梁式转换层的应力、应变分布较均匀,而平腹板箱形梁式转换层在梁翼缘与柱连接处存在应力集中;波折腹板箱梁式转换层的塑性铰出现梁端附近,符合“强柱弱梁”和“强节点弱构件”的要求,而平腹板箱形梁式转换层塑性铰出现的位置更接近节点,存在一定隐患。通过滞回分析得出,平腹板箱形梁和波折腹板箱形梁均具有一定抗震耗能能力,两者相比之下,波折腹板箱形梁具有较好的延性和耗能能力;在承载力方面,波折腹板箱形梁的承载力高于平腹板箱形梁的承载力。
莫正贺[9]2015年在《含不等高截面梁刚性钢框架异型节点加固后抗震性能研究》文中提出近些年来,国内外学者对钢框架梁柱节点的加固研究取得许多成果,但绝大部分都基于常规节点、加强型或削弱型等新型节点,而含不等高截面梁刚性钢框架异型节点加固后性能研究的文献鲜见报道。为此本文在课题组已完成相关试验研究的基础上,利用有限元软件,通过节点核心区另行加焊腹板、加腋两种不同的加固方法,分别以加固钢板的厚度、腋板形式为变量,并且考虑在加固时需要卸掉部分荷载但又无法完全卸载的实际工况,研究了含不等高截面梁异型节点加固后的破坏形态、极限承载力及滞回曲线、骨架曲线、延性性能、耗能能力等性能。研究结果表明：异型节点另行加焊腹板(相当于加厚腹板)后各构件的滞回曲线形状饱满,具有较强的塑性变形和耗能能力,抗震性能良好；在加固钢板厚度为4mm-12mm的范围内,极限承载力提高了约17.6%～34.9%,加固钢板越厚,极限承载力越高；延性系数在3.672—6.509之间,当加固钢板厚度不大于2/3核心区腹板厚度时,构件耗能能力增强,构件的延性性能比对应原构件好,当加固钢板厚度大于2/3核心区腹板厚度时,构件耗能能力相对减弱,构件延性性能相对原构件变差,随着加固钢板厚度的增加,延性性能变差越明显。异型节点加腋后各构件滞回曲线都不比原构件饱满,加腋加固后构件耗能性能普遍变差；加腋后极限承载力提高了约31.1%～41.4%,且梯形腋板比矩形腋板的构件承载力提高更加明显；矩形腋板加固的构件延性性能要比梯形腋板加固的构件好,但加腋后构件的延性系数比原构件明显减小,延性性能变差,因此,在针对该类箱型柱异型节点加腋设计时,因客观条件无法在箱型柱内添加内隔板,但应考虑在箱型柱外部焊接外加劲肋,使含不等高截面梁异型节点域受力性能更加合理。
王涛[10]2010年在《多层钢框架结构整体稳定分析》文中认为目前国内外对钢框架稳定性的研究大都通过框架柱的稳定性来间接保证钢框架的稳定性,对钢框架的空间整体稳定性能研究较少。然而实际的框架结构都是空间结构,本文从结构的整体稳定性能出发,考虑结构各组成构件的相互作用,研究空间钢框架在梁、板、柱叁者相对刚度变化下的稳定性能,以更好地协调结构的稳定承载力,对于指导设计工作具有十分重要的现实意义。本文考虑材料非线性和几何非线性,用ANSYS有限元软件对多层空间钢框架的稳定性能进行了模拟。通过对4个系列12个试件的计算与分析,主要研究了钢框架在荷载作用下的稳定承载力变化,框架梁、板、柱叁者相对刚度以及楼板开洞对钢框架整体稳定性能的影响。分析结果表明:楼板厚度、楼板洞口布置、柱截面尺寸对钢框架结构的稳定承载力具有较大的影响;结构的稳定承载力是由柱截面大小决定的,梁和板的作用在于为柱提供可靠而强有力的约束,使柱的稳定承载力充分发挥;存在混凝土楼板开洞时,洞口对不规则平面布置钢框架的稳定承载力影响较大;在楼板开洞情况下可提高楼板厚度来克服由于楼板开洞造成的稳定承载力下降,并且应尽量避免在结构的角部开洞,降低定义平面不规则布置结构的开洞标准,各层楼板同时开洞时,开孔率限值应改为30%。为保证结构的整体稳定性,本文提出了:多层钢框架结构中,采用规则平面布置形式时楼板厚度应保持在150mm以上,采用不规则平面布置时,如L形平面布置,混凝土楼板厚度应保持在200mm左右。本文所建立的有限元模型考虑问题较为全面,精度较高。本文深入地分析了多层空间钢框架在不同构件刚度下的稳定性能,研究工作和得出的结论对于指导工程设计具有一定的参考价值,为进一步研究多层空间钢框架的整体稳定性能打下了良好的基础。
参考文献：
[1]. 箱形截面梁和梁柱的弹塑性稳定极限承载力分析[D]. 朱俞江. 浙江大学. 2003
[2]. 箱形截面构件相关稳定承载力及滞回性能研究[D]. 刘涛. 清华大学. 2005
[3]. 薄腹箱形截面双向压弯构件的稳定性能分析[D]. 谢斌. 西安建筑科技大学. 2008
[4]. 钢结构箱形柱与梁异型节点性能试验与理论研究[D]. 胡宗波. 西安建筑科技大学. 2010
[5]. 钢—竹组合梁柱边节点抗震性能试验研究[D]. 蒋天元. 宁波大学. 2012
[6]. 基于结构极限承载力的轻型钢框架结构的计算理论及应用研究[D]. 刘坚. 重庆大学. 2003
[7]. 钢拱平面外稳定性能及设计方法[D]. 窦超. 清华大学. 2011
[8]. 波折腹板箱形梁式转换层结构性能研究[D]. 赵立伟. 河北工程大学. 2017
[9]. 含不等高截面梁刚性钢框架异型节点加固后抗震性能研究[D]. 莫正贺. 广西大学. 2015
[10]. 多层钢框架结构整体稳定分析[D]. 王涛. 西安科技大学. 2010
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