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复合荷载作用下简支钢梁弹性弯扭屈曲研究

建筑结构学报 2014年第4期35卷 78-85页

作者：刘占科周绪红何子奇陈明兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室甘肃兰州730000 兰州大学土木工程与力学学院甘肃兰州730000 重庆大学土木工程学院重庆400044

为建立复合荷载作用下简支钢梁弹性弯扭屈曲的设计理论,提出不同类型、不同作用点的横向荷载和不等端弯矩共同作用下的弯扭屈曲总势能方程。采用Rayleigh-Ritz法推导复合荷载作用下临界弯矩Mcr的通用计算式及系数(参数)C'1、C'2a、C'3... 详细信息

为建立复合荷载作用下简支钢梁弹性弯扭屈曲的设计理论,提出不同类型、不同作用点的横向荷载和不等端弯矩共同作用下的弯扭屈曲总势能方程。采用Rayleigh-Ritz法推导复合荷载作用下临界弯矩Mcr的通用计算式及系数(参数)C'1、C'2a、C'3的计算式,并得到复合荷载作用的C'1、C'2a、C'3与单一荷载作用的系数C1、C2、C3的关系。采用RayleighRitz法推导临界荷载的通用计算式,并通过数值算例验证其正确性,最后分析钢梁自重对弯扭屈曲临界荷载的影响。研究表明:复合荷载作用下的临界弯矩Mcr通用计算式可完全采用单一荷载作用下的Mcr通用计算式表示;钢梁自重对其弯扭屈曲临界荷载的影响较小,计算中可忽略不计。

关键词：简支钢梁弯扭屈曲复合荷载 Rayleigh-Ritz法临界弯矩临界荷载

复杂荷载作用下单向受弯简支钢梁的弹性临界弯矩

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建筑结构学报 2017年第11期38卷 166-173页

作者：郭兵管海龙褚昊山东建筑大学土木工程学院山东济南250101

为了研究单向受弯简支钢梁的弹性弯扭屈曲理论,尤其是复杂荷载作用下的临界弯矩计算,针对端弯矩和任意集中荷载共同作用下的简支梁,首先给出了能够模拟复杂变形并满足边界条件的侧向弯曲变形函数和扭转变形函数,以及任意荷载下的构件弯... 详细信息

为了研究单向受弯简支钢梁的弹性弯扭屈曲理论,尤其是复杂荷载作用下的临界弯矩计算,针对端弯矩和任意集中荷载共同作用下的简支梁,首先给出了能够模拟复杂变形并满足边界条件的侧向弯曲变形函数和扭转变形函数,以及任意荷载下的构件弯矩表达式,然后采用Rayleigh-Ritz法推导出了简支梁临界弯矩及其参数的通用计算公式,临界弯矩计算公式与传统公式在形式上完全相同,便于应用。算例分析表明:该通用公式不仅适用于端弯矩、任意集中荷载、满跨均布荷载单独作用下的简支梁,也适用于端弯矩和任意集中荷载共同作用下的简支梁,具有广泛的适用性,且精度较高。

关键词：简支钢梁复杂荷载作用 Rayleigh-Ritz法弹性临界弯矩总势能

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高温下含多条裂纹简支钢梁的模态分析

振动与冲击 2017年第21期36卷 53-59,98页

作者：马一江陈国平南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

基于传递矩阵方法,提出了一种在高温下对含多条裂纹简支钢梁进行模态分析的方法。在模态分析过程中,用无质量的扭转弹簧来等效横向裂纹,推导出每条裂纹产生的局部柔度;通过材料力学参数的变化引入温度模块,考虑温度变化在简支梁截面产... 详细信息

基于传递矩阵方法,提出了一种在高温下对含多条裂纹简支钢梁进行模态分析的方法。在模态分析过程中,用无质量的扭转弹簧来等效横向裂纹,推导出每条裂纹产生的局部柔度;通过材料力学参数的变化引入温度模块,考虑温度变化在简支梁截面产生的轴向载荷的影响,推导出含温度参数、裂纹条数和裂纹几何参数的整条裂纹梁传递矩阵。根据简支梁的边界条件,求解出不同温度下含多条裂纹简支钢梁的固有频率。结果表明:简支梁横截面上的轴向温度载荷对固有频率的影响非常大,不能忽略不计;温度的升高会显著减小裂纹简支钢梁的各阶固有频率;随着裂纹相对深度的增大,裂纹简支钢梁第一阶固有频率和临界温度均逐渐降低。

关键词：高温温度载荷:多裂纹简支钢梁固有频率

基于能量法的简支钢梁损伤识别试验及有限元分析

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建筑科学与工程学报 2014年第3期31卷 112-117页

作者：薛刚王崇阁内蒙古科技大学建筑与土木工程学院内蒙古包头014010

针对目前梁式结构损伤识别中识别精度和实际应用方面存在的不足,以能量耗散理论为基础,对简支工字形钢梁的损伤识别进行了数值分析及试验研究。通过结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率与损伤前、后模态应变能变化之间的关系,推导出... 详细信息

针对目前梁式结构损伤识别中识别精度和实际应用方面存在的不足,以能量耗散理论为基础,对简支工字形钢梁的损伤识别进行了数值分析及试验研究。通过结构损伤时每一单元的模态应变能耗散率与损伤前、后模态应变能变化之间的关系,推导出单元损伤变量的表达形式。研究结果表明:单元损伤变量只需要利用结构损伤前、后的模态振型即可算得,在实际应用中可通过模态扩阶技术解决实测自由度与理论自由度不匹配问题;该方法可准确识别出简支钢梁损伤单元的位置,并在一定程度上表征损伤程度。

关键词：能量耗散简支钢梁多位置损伤损伤识别模态扩阶有限元分析

均布荷载和跨中集中荷载作用下简支钢梁临界弯矩

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东北石油大学学报 2021年第1期45卷 102-111,I0007,I0008页

作者：张文福厉昱秀杭昭明严威黄斌安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601 南京工程学院建筑工程学院江苏南京211167 东北石油大学土木工程学院黑龙江大庆163318

基于双变量的总势能方程,采用傅里叶级数表达精确模态试函数,以能量变分法为理论基础,分析均布荷载和跨中集中荷载作用下简支梁的弹性弯扭屈曲问题,利用Mathematica软件进行辅助运算,得到简支梁屈曲方程和精确解;利用ANSYS有限元软件验... 详细信息

基于双变量的总势能方程,采用傅里叶级数表达精确模态试函数,以能量变分法为理论基础,分析均布荷载和跨中集中荷载作用下简支梁的弹性弯扭屈曲问题,利用Mathematica软件进行辅助运算,得到简支梁屈曲方程和精确解;利用ANSYS有限元软件验证无穷级数解和一阶近似解的正确性。结果表明:同种截面形式和工况下,无穷级数解析解精度比一阶近似解的高,一阶近似解的最大误差为8.18%,无穷级数解的最大误差为4.38%。简化设计公式精确度高,可以与规范公式衔接,为工程设计提供参考。

关键词：均布荷载跨中集中荷载模态试函数简支钢梁临界弯矩有限元

不同涂层厚度对火灾下简支钢梁耐火性能的影响分析

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不同涂层厚度对火灾下简支钢梁耐火性能的影响分析

作者：杜明淮合肥工业大学

学位级别：硕士

钢结构即是用不同的型钢和钢板等构件通过焊接、铆接或者是螺栓连接进而组成的工程结构，由于其自身的优越性使得其在众多的建筑结构类型中脱颖而出，在建筑结构类型中占据着不可替代的位置。其优点主要体现在材质均匀可靠性高、塑性和... 详细信息

钢结构即是用不同的型钢和钢板等构件通过焊接、铆接或者是螺栓连接进而组成的工程结构，由于其自身的优越性使得其在众多的建筑结构类型中脱颖而出，在建筑结构类型中占据着不可替代的位置。其优点主要体现在材质均匀可靠性高、塑性和韧性好、相同的自重承载能力高、便于安装和施工周期短等各方面。但由于钢材本身的性能，火灾发生后，钢构件的极限承载力就会下降，变形也相应的增加，便会在短时间内趋于破坏。目前国内外学者对钢结构的防火问题也做了大量的研究，这其中包括大量的钢结构火灾试验和数值模拟，通过这些努力，希望能找到关于钢结构防火的更有效的方法，更好的应用于适合现代社会发展的高层和大跨度建筑中去。本文选定简支钢梁为研究对象，用ANSYS数值模拟分析不同的超薄涂型、薄涂型和厚涂型防火涂料的厚度对其耐火性能的影响，主要内容如下：（1）针对本文所选的研究对象(跨度为8m的简支钢梁)，基于ISO-834室内火灾标准温升曲线下，先在钢梁上面涂覆超薄涂型(涂层厚度小于等于3mm)的防火涂料，利用ANSYS分析软件，采用逐渐递增涂层厚度的方式来分析钢梁在火场中的应力、最大挠度以及钢梁截面平均温度的变化，研究结果发现：钢梁的耐火时间是在缓慢增长的，但不是线性增长的，而且其增长率在减小，特别是在2.5mm到3mm这个范围内，钢梁的耐火时间基本不随涂层厚度的增加而变大，超薄涂型的防火涂料的极限耐火时间可以达到将近2个小时;(2)利用ANSYS分析软件，在保证简支钢梁(跨度为8m)和火场温升曲线(ISO-834室内火灾标准温升曲线)不变的条件下，将超薄涂型的防火涂料换成薄涂型（涂层厚度大于3mm小于等于8mm）的防火涂料涂覆于简支钢梁表面上，用同样的方法来分析钢梁各耐火性能的变化，研究结果发现：钢梁的耐火时间也不是线性增长的，而是先随着涂层厚度的增加而变大，到涂层厚度为7mm左右的时候其增长率就趋于平缓了，相比较其总的耐火时间而已可以看成是保持不变的，薄涂型的防火涂料的极限耐火时间大概为2.4个小时;(3)利用ANSYS分析软件，在保证简支钢梁(跨度为8m)和火场温升曲线(ISO-834室内火灾标准温升曲线)不变的条件下，再将薄涂型防火涂料换成厚涂型(大于8mm小于等于45mm)的防火涂料涂覆于钢梁上，仍然采用相同的方法来分析，研究结果发现：厚涂型防火涂料的涂层厚度从9mm增加到33mm，钢梁的耐火时间可以看成是随着涂层厚度的增加而线性增加的，而涂层厚度从33mm到45mm，耐火时间无明显变化。同时也说明当涂层厚度增加到一定值时，钢梁的耐火时间不会随着厚度的增加而增加。 (4)通过对三种不同的防火涂料的各方面性能作比较发现,涂层厚度在1.5mm与3mm之间的超薄涂型、涂层厚度在4mm与6mm之间的薄涂型以及涂层厚度在13mm与17mm之间的厚涂型的防火涂料之间存在着一定的等效替代关系,他们之间任意一种涂层厚度下的涂料都可以由另外两种不同种类的在相应的涂层厚度条件下的涂料所代替。

关键词：简支钢梁有限元分析防火涂料涂层厚度耐火性能

火灾温升速率对防火保护简支钢梁耐火时间的影响的功能衰退

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火灾温升速率对防火保护简支钢梁耐火时间的影响的功能衰退

作者：李娟中国科学技术大学

学位级别：硕士

钢结构作为建筑结构类型之一,由于其自身各方面的优越性而在各项工程建设中应用越来越广泛,但是耐火性能差是钢结构的一个致命弱点。目前国内外学者对钢结构的抗火性能以及火灾下的响应特性已开展较多研究,本文以钢结构中常见的简支钢... 详细信息

钢结构作为建筑结构类型之一,由于其自身各方面的优越性而在各项工程建设中应用越来越广泛,但是耐火性能差是钢结构的一个致命弱点。目前国内外学者对钢结构的抗火性能以及火灾下的响应特性已开展较多研究,本文以钢结构中常见的简支钢梁作为研究对象,采用有限元分析的方法,基于建筑火灾和隧道火灾常见的温升曲线来研究火灾温升速率对涂有厚涂型防火涂料钢梁耐火时间的影响,主要内容包括:(1)研究火灾温升速率对防火保护建筑钢梁耐火时间的影响。根据建筑火灾和隧道火灾温升速率的不同,基于ISO标准火灾曲线、碳氢化合物HC温升曲线以及RABT温升曲线,分析了三种火灾温升条件下防火涂层保护简支钢梁的热力耦合响应特性。并将钢梁模拟温度场与理论计算温度场结果进行对比分析,验证了本文所建有限元模型的合理性和可行性。通过防火保护简支钢梁在不同火灾温升速率下的热力耦合分析,表明火灾温升速率是影响钢梁耐火时间的一个重要因素。快速火灾温升下,钢梁温度迅速上升至耐火临界温度且其截面温度分布差异性较大,导致钢梁强度急剧下降而失去承载能力,耐火时间较短。但同一荷载比下钢梁失效时的临界温度基本一致。(2)研究上述三种火灾温升速率下厚涂型防火涂料不同涂层厚度时钢梁的温度场随时间的变化规律,根据同一荷载比下钢构件耐火临界温度相同的理论,进而获得不同涂层厚度钢梁所对应的耐火时间。结果表明涂层厚度的增加可有效延长钢梁的耐火时间,相对而言慢速火灾温升速率下钢梁耐火时间的提高更为显著。(3)基于更接近实际火灾的BFD自然温升曲线的案例分析,以某一具体房间为例,根据增长系数的不同设定了两种温升速率的自然火灾温升曲线,分析同等条件下火灾温升速率对防火保护简支钢梁耐火时间的影响。结果同样表明,快速火灾温升速率下钢梁耐火时间较短。总而言之,火灾温升速率、防火涂层厚度均是影响钢构件耐火时间的重要因素,本文通过对不同火灾温升速率下防火保护简支钢梁耐火时间的影响分析,旨在为以后不同火灾场景下钢结构的抗火设计及防火涂层厚度的计算提供一定的参考依据。

关键词：火灾温升速率简支钢梁有限元分析厚涂型防火涂料

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体外预应力简支钢梁自振频率研究

体外预应力简支钢梁自振频率研究

作者：陈淞江苏科技大学

学位级别：硕士

体外预应力技术是后张法预应力施工技术的重要组成,属于无粘结预应力的一种。对于体外预应力结构工程而言,结构自振特性关系到结构的健康安全。但体外预应力结构的自振特性研究是一个复杂的问题,现有研究主要集中在混凝土梁领域,且试验... 详细信息

体外预应力技术是后张法预应力施工技术的重要组成,属于无粘结预应力的一种。对于体外预应力结构工程而言,结构自振特性关系到结构的健康安全。但体外预应力结构的自振特性研究是一个复杂的问题,现有研究主要集中在混凝土梁领域,且试验现象与理论分析之间尚存在一些分歧,不同理论之间关于预应力参数对结构自振频率的作用规律未能统一,而体外预应力钢梁自振频率研究更是鲜有涉及。为探究预应力参数对体外预应力钢梁自振频率的作用规律,正确识别结构动力特性,本文针对现有研究的不足之处,从钢结构中预应力系统作用机理的角度出发,依据预应力拉索的布索特点,分别探究直线型布索、直线耦合型布索及单折线型布索三种布索方式的预应力简支钢梁自振频率与预应力参数之间关系,运用结构动力学理论对上述三种体外预应力钢梁的自振频率进行理论研究,统一理论计算与已有试验结论;采用有限元软件ANSYS对理论分析结果进行验证;以现有典型试验模型为算例,探讨不同公式的计算结果。具体工作及成果如下:(1)对预应力系统的作用机理作简要阐述,基于作用机理建立直线型布索、直线耦合型布索及单折线型布索三种布索方式的预应力简支梁模型;采用能量法分析上述三种模型,列出振动方程,推导各布索方式下预应力简支钢梁自振频率计算公式。根据公式,预应力对预应力钢梁频率的作用规律与布索方式相关,即直线型布索预应力钢梁自振频率随预应力增大而减小,直线耦合型布索预应力钢梁自振频率随预应力增大而增大,单折线型布索预应力钢梁自振频率随预应力增大而减小;钢梁频率随偏心距及拉索截面积的增大而增大。(2)采用有限元分析软件ANSYS建立三种布索方式的预应力简支钢梁模型,分别研究体外预应力简支钢梁中预应力大小、偏心距及拉索截面对钢梁一阶频率的影响,验证理论计算结果。结果表明,本文频率计算公式得出的结果与有限元结果吻合,能够为工程应用提供一定参考。(3)介绍刚度修正法、非线性计算法及等效刚度法三种主要的钢梁频率计算方法,以有限元分析结果及典型频率试验结果为基准,分别得到包括本文方法在内的四种频率计算方法下钢梁一阶频率,并将理论值分别与有限元模拟值及试验值对比。结果表明:本文计算方法可以准确地描述预应力参数与钢梁频率之间关系,理论值与模拟值及试验值基本吻合。

关键词：自振频率体外预应力简支钢梁理论分析数值模拟

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简支钢梁两种连接方式的比较

广州建筑 2005年第6期33卷 20-22页

作者：赖桂香广东省电力设计研究院广州510600

本文从抗剪承载力、连接偏心对主梁产生的扭矩以及施工安装方便性三个方面对实际工程中常用的简支钢梁的两种连接方式进行比较分析。

关键词：简支钢梁节点板腹板抗剪承载力