钢结构曲板极限承载力及曲率影响研究
- 格式:docx
- 大小:42.76 KB
- 文档页数:8
K型管板节点极限承载力研究的开题报告一、选题背景K型管板节点作为一种轻钢结构体系,因其重量轻、施工速度快、工程造价低廉等优点,在建筑领域得到了广泛的应用。
其中,节点部位作为连接各构件的重要部分,直接影响到整个结构的承载性能。
因此,对K型管板节点的极限承载力进行深入研究对于保证结构安全和稳定具有重要意义。
二、研究目的和意义本研究旨在探究K型管板节点的极限承载力规律以及影响因素,为进一步提高轻钢结构的安全可靠性提供参考依据。
通过对不同类型、不同粘结材料以及不同连接方式的K型管板节点进行试验分析,确定其受力性能,为K型管板节点设计提供可靠的理论基础和技术支持。
三、研究内容和方法本研究将选用试验分析法,通过搭建相应的试验平台,对K型管板节点的承载性能进行实验验证。
具体内容包括:1.设计试验方案,确定试验变量和试验参数,制作试件;2.装配试件,进行荷载试验,观察节点变形和破坏形态,并记录荷载-位移曲线;3.根据试验结果,分析和总结不同类型、不同粘结材料以及不同连接方式的K型管板节点的承载行为,分析其破坏机理和影响因素;4.结合理论分析和试验结果,对K型管板节点的极限承载力进行统计分析和归纳总结,提出相应的设计建议和方法。
四、研究预期成果本研究预期获得以下成果:1. 现有K型管板节点的极限承载力数据集,从而建立其承载力模型;2. 确定不同类型、不同粘结材料以及不同连接方式的K型管板节点的极限承载力,并归纳总结其间的关系和影响因素;3. 提出优化K型管板节点设计的建议和方法,促进其在工程实践中的应用和推广。
五、进度安排和预算本研究计划在12个月内完成,具体进度安排如下:第1-2个月:研究文献综述和试验设计;第3-7个月:试件制作、试验实施和数据采集;第8-10个月:试验数据统计分析和结果整理;第11-12个月:撰写研究报告和论文,开展学术交流。
本研究的预算主要包含试验材料采购、试验设备租用和学术交流等方面的费用,预计总共需要20000元左右。
钢结构房承载力标准
钢结构房承载力标准是指钢结构房屋在受力作用下所能承受的最大荷载能力。
钢结构房承载力标准的确定对于建筑工程的安全性和可靠性具有至关重要的意义。
在实际工程中,合理确定钢结构房承载力标准,能够保证建筑物在使用过程中不发生变形、破坏等安全事故,保障人员和财产的安全。
首先,钢结构房承载力标准的确定需要考虑建筑物的结构形式、荷载特性、使用性质等因素。
在设计阶段,需要根据建筑物的功能和使用要求,合理确定承载力标准,保证建筑物在使用过程中能够满足相应的荷载要求。
其次,钢结构房承载力标准的确定还需要考虑材料的强度和稳定性。
钢材作为建筑结构的主要材料,其强度和稳定性对于建筑物的承载能力起着至关重要的作用。
因此,在确定承载力标准时,需要充分考虑材料的性能指标,保证其能够满足建筑物的荷载要求。
此外,钢结构房承载力标准的确定还需要考虑建筑物的使用环境和外部荷载的影响。
建筑物所处的地理位置、气候条件、地震、风载等外部荷载都会对建筑物的承载能力产生影响,因此在确定承载力标准时,需要充分考虑这些因素,保证建筑物在各种外部荷载作用下能够安全稳定地运行。
总的来说,钢结构房承载力标准的确定是一个复杂而又重要的工作,需要综合考虑建筑物的结构形式、材料性能、使用环境和外部荷载等因素,保证建筑物在使用过程中能够安全稳定地运行。
只有合理确定承载力标准,才能保证建筑物的安全性和可靠性,为人们的生活和工作提供一个安全舒适的环境。
大跨度连续钢桁梁拱桥极限承载力研究与非线性因
素影响分析的开题报告
一、研究背景
大跨度连续钢桁梁拱桥作为一种常见的跨越大型河流、峡谷等地形的重要结构,具有承载能力高、刚度大、施工安全性可控等优点,因此被广泛应用于工程实践中。
然而,随着桥梁跨度和荷载的不断增加,桥梁结构的极限承载力和安全性面临着越来越大的挑战。
因此,对于大跨度连续钢桁梁拱桥的极限承载力研究以及非线性因素的影响分析具有重要的实际意义。
二、研究内容
本研究旨在通过数值模拟方法,对大跨度连续钢桁梁拱桥的极限承载力进行深入研究,并考虑非线性因素的影响。
具体研究内容包括:
1. 桥墩-桥面连接处的非线性影响分析:研究桥墩-桥面连接处的滑移、剪力等非线性影响,探讨其对桥梁结构整体极限承载力的影响。
2. 桥面横向变形和曲率影响分析:考虑桥面横向变形和曲率对桥梁结构极限承载力的影响,建立相应的数值模型进行分析。
3. 荷载变化对极限承载力的影响分析:通过研究荷载在桥梁结构上的作用情况,探究荷载变化对桥梁极限承载力的影响规律。
三、研究方法
本研究采用数值模拟方法,建立大跨度连续钢桁梁拱桥的三维有限元模型,并考虑杆件的非线性特性、材料的非线性特性、连接节点的非线性特性以及地基的非线性特性等因素。
采用有限元软件ANSYS进行模拟,通过调整各项参数和模拟计算,获取极限承载力和非线性因素的影响规律。
四、研究目标和意义
本研究旨在探究大跨度连续钢桁梁拱桥的极限承载力和非线性因素的影响规律,为提高桥梁的极限承载力和安全性提供理论基础和参考依据。
同时,本研究对于大跨度连续桥梁结构的设计、施工和维护具有重要的指导意义。
钢结构构件稳定承载力分析简述摘要:对钢结构工程进行分析,不难发现结构中实际存在着大量的轴心受压和压弯构件。
这一类构件容易发生失稳破坏,尤其是压弯构件不仅受轴向压力的作用,同时还在横截面受到弯矩作用,整体受力比较复杂。
所以对钢结构构件的稳定理论分析具有重要意义。
关键词:钢结构;压弯构件;稳定承载力一、钢结构稳定的分类按失稳性质可将钢结构失稳类型分类如下:(l)平衡分岔失稳完善的(即无缺陷的、挺直的)轴心受压构件和完善的在中面内受压的平板的失稳都属于平衡分岔失稳,理想的受弯构件及受压的圆柱壳的失稳也属于这种失稳形式。
作用的轴向压力P较小时,构件会始终保持着直线平衡状态,构件截面承受均匀的压力,产生轴向压缩变形。
此时在其横向加一微小干扰,构件会呈现微小弯曲,但是撤去干扰后,构件会立即恢复原来的直线平衡状态。
逐渐增加轴向压力P达到某种程度大小r时,构件会突然弯曲,构件由直线状态的平衡转化为弯曲状态的平衡。
由于在同一荷载点出现了平衡分岔现象,所以称之为平衡分岔失稳,又称第一类失稳。
若受压构件屈曲后,挠度增加时荷载还略有增加,这种平衡状态是稳定的,属于稳定分岔失稳,反之,若在屈曲后只能在远比屈曲荷载低的条件下维持平衡状态,则这种平衡状态是不稳定的,属于不稳定分岔失稳。
(2)极值点失稳承受压力与弯矩双重作用构件的失稳现象。
如图1(a)(b)所示的压弯构件的受力图与荷载-位移曲线图。
当荷载刚开始作用,构件就会发生挠曲。
当构件有挠度后,轴力也会对构件产生弯矩作用,随着轴压力不断增大,挠度的增加显示出非线性的特性,在A点处,构件将进入弹塑性的工作范围。
在弹塑性阶段,挠度将出现更快的增加(见AB线)。
在弹塑性阶段,外弯矩的增加是由截面的弹性部分承担的,随着荷载的增加,塑性区不断发展,弹性区不断减小,曲率增量越来越大。
到曲线的最高点B时,杆件的内弯矩增量已无法与外弯矩增量取得平衡,导致构件失稳,挠度曲线进入下降段BC。
钢板的承载力计算钢板的承载力计算是工程结构设计中非常重要的一部分。
一般来说,承载力是指材料、构件或结构在给定约束条件下能够承受的最大荷载或外部力的能力。
在钢板的承载力计算中,需要考虑材料的强度、载荷类型以及结构的几何形状等因素。
下面将详细介绍钢板承载力计算的方法和步骤。
1.确定钢板的材料和强度:首先需要确定钢板的材料,例如常用的结构用钢板材料有Q235,Q345等。
然后需要查表获取钢板的材料强度参数,如屈服强度、抗拉强度等。
2.确定钢板的几何形状:钢板的几何形状是决定其承载能力的重要因素之一、包括钢板的尺寸、厚度以及支座方式等。
一般情况下,钢板的厚度越大,其承载能力越大。
3.确定钢板的载荷类型:钢板的承载能力需要根据所受到的载荷类型来计算。
常见的载荷类型包括静荷载、动荷载和温度荷载等。
根据不同的承载条件,采用不同的计算方法。
4.计算钢板的自重:对于水平铺设的钢板而言,其自重是指单位面积上的重力载荷。
通过钢板的尺寸和密度等参数,可以计算出钢板的自重。
5.计算钢板的弯曲承载力:钢板在荷载作用下会发生弯曲,弯曲是钢板的一种主要破坏形式。
通过等效截面法、曲率法或差分法等方法,可以计算钢板的弯曲承载力。
6.计算钢板的剪切承载力:钢板在受到剪切荷载作用时,会产生剪切应力。
根据材料的剪切强度和钢板的几何形状,可以计算出钢板的剪切承载力。
7.计算钢板的局部面压承载力:在受到局部面压力作用时,钢板的局部区域会发生塑性变形,大大降低了其承载能力。
通过K数字或焊接参数等系数,可以计算出钢板的局部面压承载力。
8.计算钢板的稳定承载力:稳定是指钢板在纵向或横向系统中受到侧向压力时不产生破坏的能力。
根据钢板的几何形状、材料性质和支承条件,可以计算出钢板的稳定承载力。
以上是钢板承载力计算的一般步骤及方法。
在实际工程中,还需要结合具体情况进行详细的计算和分析,以确保钢板结构的安全可靠。
钢筋混凝土梁受弯承载力的极限状态分析一、前言钢筋混凝土梁是建筑结构中常用的梁型,其受弯承载力是设计中必须考虑的重要参数。
本文旨在通过极限状态分析的方法,深入研究钢筋混凝土梁受弯承载力的计算方法,为工程实践提供参考。
二、钢筋混凝土梁的受弯承载力钢筋混凝土梁的受弯承载力可以分为两种状态:弹性状态和破坏状态。
1.弹性状态下的计算方法在弹性状态下,钢筋混凝土梁的受弯承载力可以使用弯矩与曲率的关系式进行计算。
其中,弯矩M与截面曲率κ的关系式为:M = EIκ其中,E为混凝土的弹性模量,I为截面惯性矩,κ为曲率。
钢筋混凝土梁的受弯承载力为:N = Ws + Wc其中,Ws为钢筋的贡献,Wc为混凝土的贡献。
2.破坏状态下的计算方法在破坏状态下,钢筋混凝土梁的受弯承载力可以分为两种情况:钢筋首先达到屈服,或者混凝土首先破坏。
(1)钢筋首先达到屈服当钢筋首先达到屈服时,钢筋的贡献达到最大值。
此时,钢筋混凝土梁的受弯承载力为:N = Asfy + 0.85fcbhα其中,As为钢筋的截面面积,fy为钢筋的屈服强度,fcb为混凝土的轴心抗压强度,h为截面高度,α为中性轴深度与截面高度之比。
(2)混凝土首先破坏当混凝土首先破坏时,混凝土的贡献达到最大值。
此时,钢筋混凝土梁的受弯承载力为:N = 0.85fcbhα + βAsfy其中,β为钢筋的利用系数。
当钢筋截面面积小于等于βfcbhα/fy时,β=1,否则β按以下公式计算:β = 0.85 + 0.15fy/σs其中,σs为钢筋的应力。
三、极限状态分析极限状态分析是一种基于概率统计理论的结构设计方法,其目的是确定结构在极限状态下所能承受的荷载。
在极限状态分析中,首先需要确定荷载的概率分布,然后通过统计方法计算结构的可靠性指标,最后确定结构所能承受的荷载。
对于钢筋混凝土梁的极限状态分析,可以采用可靠度指标β进行计算。
其计算公式为:β = (R - X)/S其中,R为荷载的可靠度指标,X为结构的阈值,S为结构的标准差。
钢结构承载能力极限状态
钢结构承载能力极限状态是指在设计载荷下,结构的承载能力达到极限状态,即结构不能再承受额外的载荷而发生破坏或失效。
在设计钢结构时,必须考虑结构的承载能力极限状态,以确保结构在使用寿命内保持稳定和安全。
在钢结构的设计过程中,需要进行强度计算、稳定性分析和疲劳分析等,以保证结构的承载能力极限状态满足设计要求。
此外,还需要进行实际的试验验证和监测,以确保结构的可靠性和安全性。
- 1 -。
钢梁整体承载能力评估方法研究随着城市的发展,越来越多的建筑被修建起来,而其中不可或缺的就是钢梁。
钢梁担负着建筑的重任,是建筑物的承重支撑。
因此,保障钢梁的承载能力对于建筑物的安全非常重要。
然而,钢梁在不同的荷载情况下,其承载能力也不一样。
因此,如何评估钢梁的承载能力,成为了目前工程领域的一个热点问题。
本文将探讨钢梁整体承载能力的评估方法,包括理论及实践方法,并提出一些解决方案。
一、理论方法1.静力学方法静力学方法是一种比较传统的评估方法。
其基本思想是通过分析静态平衡的原理和应力、变形的基本方程,确定钢梁的极限荷载。
该方法通常适用于简单的梁,荷载作用形式单一的情况。
然而,在复杂的工程结构中,静力学方法很难准确评估其极限荷载。
因为假设该方法忽略了短期荷载,不能考虑动态条件和温度因素等。
因此,静力学方法在实际应用中有其局限性。
2. 动力学方法动力学方法是一种基于钢梁动态特性分析而来的评估方法。
该方法通过分析结构的振动形式和频率特征,确定其本征频率和加速度达到钢梁的极限荷载。
该方法通常适用于大跨度、多重单元和比较复杂的工程结构。
但是动力学方法依赖于对工程结构的精确物理模型,因此需要沉重的工作量和技术成本。
3. 极限平衡方法极限平衡方法是一种广泛应用的评估方法。
其基本思想是通过确定钢梁中承载力最小的截面,以及截面内的应力和强度来确定钢梁的极限荷载。
该方法通常适用于简单的荷载作用情况和简单形状的截面,对复杂的结构适用性较差。
二、实践方法1.检测通过检测钢梁构件的截面尺寸和形状、材料性能等参数,评估其承载能力。
该方法可通过试验获得结论,以保证其正确性。
但是,该方法需要消耗较多的资源和时间,且鉴定结果受检测手段、评估方法及人为制约等因素影响较大。
2. 现场监测通过采用现场监测技术,记录钢梁的应变、位移、变形等参数,根据实测结果以及结构计算得出钢梁的承载能力。
该方法适用范围较广,可适应各种复杂情况,有效提高了评估的准确性。
钢结构曲板极限承载力及曲率影响研究郭辉;曾志斌;秦大航;赵维贺【摘要】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.%Taking the steel curved pylon of Beijing Yongding River Bridge on Chang'an Avenue West extension line as a research object,in order to obtain the characteristics of stability of cylindrical curved panels under compression atstraight edge,a full-scale model test was carried out to study the ultimate bearing capacity of curved panel under a boundary condition of simply supported at four sides.Considering the material and geometric nonlinear,the elastoplastic buckling of curved panel was analyzed by using ANSYS software to obtain the influence of curvature on the ultimate beating capacity.The results showed that the deformation was obvious both in the direction of compressive loading and the direction perpendicular to the panel.The maximum deformation of curved panel under ultimate bearing capacity was located near the central region and perpendicular to the panel.The test results were in accordance with the numerical results such as the load-deformation curves for curved panel and straight panel.And the value of ultimate bearing capacity of curved panel was less than the value of straight panel.Under the same dimension,the ultimate bearing capacity decreased with the increase of curvature.The local stability reduction coefficient of curved panel was linear correlation with the curvature.【期刊名称】《铁道建筑》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】6页(P1-6)【关键词】斜拉桥钢塔;曲板局部稳定折减系数;足尺模型试验;弹塑性屈曲;极限承载力;荷载-位移曲线【作者】郭辉;曾志斌;秦大航;赵维贺【作者单位】中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京 100081;高速铁路轨道技术国家重点实验室,北京 100081;中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081;高速铁路轨道技术国家重点实验室,北京 100081;北京市市政工程设计研究总院有限公司,北京 100082;北京市市政工程设计研究总院有限公司,北京100082【正文语种】中文【中图分类】U448.27;U441曲板在钢桥、钢塔等建造中的应用越来越广泛[1-3]。
但由于缺乏相关标准,曲板稳定设计目前面临较大困难。
以往针对曲板稳定的研究多集中于圆柱曲板或圆柱壳的轴压[4-6]或侧压稳定问题[7-8],如图1(a)、图1(b)所示。
Tran等[1]针对受轴压作用曲板开展一系列数值分析,研究轴压下曲板的弹塑性力学行为,进一步得到弹性屈曲和极限承载力的半经验公式,认为曲率、刚度和初始缺陷对极限承载力存在一定影响。
Martins等[4]采用数值分析方法研究单纯轴压或面内弯曲作用下圆柱形曲板的稳定问题,并认为曲板极限承载特性与直板相似,可用折减系数-相对宽厚比曲线表达。
徐成等[3]运用扁壳理论和迦辽金(Galerkin)方法,推导出曲线钢梁桥曲腹板在轮压应力作用下产生屈曲的临界应力近似解,并将直板结果作为特例与日本结构稳定手册计算值进行比较,验证了解答的合理性。
中科院力学所早期针对圆柱曲板在均匀侧压作用下的稳定问题开展了深入的研究[8],通过气囊加载,对50组加筋圆柱曲板进行了均匀侧压稳定性试验研究,试验结果表明在直边顶住简支和曲边滑动简支的条件下,临界荷载试验值与薄膜理论的计算值符合良好,试验还表明加载端附加弯矩、试件初始缺陷和直边边界的移动对试验结果存在影响。
与圆柱轴压或侧压问题不同,实际工程中有时会遇到如图1(c)所示的圆柱曲板直边受压稳定的问题,如曲塔受压或拱桥拱肋曲板受压等。
曲板直边受压后发生变形,压力作用方向随之改变,此种情况下曲板极限承载力的理论求解较为困难,且目前相关研究很少。
为此,本文采用室内模型试验、非线性数值分析等手段,研究曲板直边受压时的稳定问题,并研究曲板曲率对极限承载力的影响。
永定河特大桥为北京市长安街西延市政工程(古城大街-三石路)中跨越永定河的一座特大型桥梁,主桥采用双塔斜拉-刚构组合体系,寓意“和力之门”的桥型方案。
向天安门方向,左半桥跨径组合为(50+133 +280+120+56)m,右半桥跨径组合为(50+158.1+ 280+94.9+56)m。
主梁采用分离式钢箱梁(中间采用横梁联接),最大高度达10.0 m;高塔处为塔墩梁固结,矮塔处为塔梁固结、塔墩分离,并在墩底设置单向活动支座。
主塔采用倾斜空间曲面拱形钢和混凝土组合结构,下部为钢筋混凝土结构,上部为钢结构,具有较好的美学效果。
高塔高 120 m,矮塔高73m,2个主塔均背向河道倾斜,其中左幅高塔和矮塔倾角分别为60°和78°,右幅高塔和矮塔倾角分别为80°和63°。
该桥效果图及主塔塔顶局部构造如图2所示[2]。
文献[9]研究了该桥整体稳定(弹性稳定与极限承载力)、钢箱梁高腹板稳定、高低塔整体极限承载力和局部稳定等问题,本文主要介绍钢塔区格曲板的局部稳定问题,属于典型的曲板直边受压稳定问题。
根据图2(b)中曲塔的内部构造,研究内外侧区格曲板的局部稳定。
考虑塔顶部位内、外侧区格曲板S1,S2试件,其中,内侧曲板S1曲率半径小,外侧曲板S2曲率半径大。
为对比分析,再制作一组平直板 S3试件。
试件材料均为 Q345钢,屈服强度345 MPa。
3组稳定试验试件如图3所示。
稳定试验装置为空间框架结构,通过全板壳元模型进行参数优化设计,保证加载时框架结构应力和变形满足受力要求[9]。
试件加载端布置2台800 t级千斤顶施加荷载。
曲板四边考虑简支边界条件。
首先进行静载试验,加荷大小保证试件在弹性变形范围内,重复进行6次静载试验,保证试验结果稳定可靠。
静载试验完毕,重新加载至试件达到极限承载力。
钢塔曲板应变及位移测点布置如图4所示,其中纵向位移测点布置在板件加载端中间位置(图中②),垂向位移测点布置在板中央位置(图中①),其余为应变测点。
给出曲板试件S1,S2及直板试件S3的荷载-位移曲线,如图5所示。
图5中测点1为板件中部垂向位移测点,测点2为加载端纵向位移测点(位移正向以图4中的坐标轴正向为准)。
由图可见,试件荷载-位移曲线均完整地表现出由线弹性状态到进入塑性直至达到极限承载力无法继续加载的整个过程,但直板在加载后期存在位移明显增加的现象。
试件均未出现明显下降段。
曲板试件 S1,S2对应极限承载力分别为 7 090 kN,7 330 kN,同时试件中部均发生较大垂向位移。
S1曲率大,中部垂向位移较 S2更为明显,且大于其加载端纵向位移。
直板试件S3极限承载力大于曲板,为8 370 kN,较S1,S2分别偏大15.3%,12.4%。
直板试件S3中部垂向位移很小,加载端纵向位移达9.5 mm,说明加载过程中主要以平面内纵向变形为主,基本不出现面外变形。
根据荷载-应变曲线得到的极限承载力与荷载-位移曲线一致,不再赘述。
3.1 极限承载力数值结果验证与分析平直板S3在四边简支边界条件下的弹塑性屈曲应力(加载应力)理论近似解为[10]式中:k为弹塑性屈曲系数其中 Et为切线模量,Et/E=0.03(按钢材强化本构模型考虑),E为弹性模量,E=2.1×105MPa,则k=0.693;D为板单位宽度的抗弯刚度;t=32 mm;b=700 mm;v为泊松比,v=0.5。
根据式(1)进一步可得到平直板S3试件达到弹塑性屈曲时对应的端部荷载为333.514×0.700× 0.032=7.470 7 MN=7 470.7 kN,此为平直矩形板弹塑性屈曲理论近似解。
进一步开展S3试件在四边简支边界条件下屈曲的ANSYS数值分析,分别采用Shell63,Shell181和Solid185单元进行弹性屈曲分析,结果表明不同单元与理论值均能很好地吻合,验证了数值模型特别是边界条件设置的合理性。
进一步考虑板件材料非线性(强化本构模型)和几何非线性,采用Solid185单元对板件进行极限承载力数值分析,结果如图6所示。
从图中可见,数值解与稳定试验得到的荷载-端部纵向位移曲线基本吻合,试件发生弹塑性屈曲时对应的临界荷载数值解为7 650 kN,与试验解7 410 kN比较一致,两者与理论近似解7 470.7 kN的相对误差分别为2.4%,0.8%。