梁-H型柱弱轴刚性拼接的子结构抗倒塌性能试验研究

梁柱连接节点是框架结构的重要组成部分,明确节点的受力性能是准确进行结构抗连续倒塌分析的前提。本文基于替代荷载路径法并考虑楼板的组合效应,以两跨三柱型组合梁-柱子结构为研究对象,设计制作了H型柱弱轴方向刚性拼接的栓焊连接、全螺栓连接子结构试件并命名为RWUF、RWUT。对子结构试件进行单调静力加载试验并对比了破坏模式、变形性能和抗力机理。结果表明：试件的加载过程均经历了弹性阶段、压拱阶段、混合机制阶段（梁机制与悬链线机制的混合阶段）,且子结构试件首次断裂均发生在混合机制阶段,悬链线效应的发挥为断后荷载的提升起到有利作用;试件的断裂均发生在梁段拼接处,弱轴栓焊连接试件在正弯矩区受拉侧焊缝断裂后破坏持续向腹板扩展直至丧失承载力,弱轴全螺栓连接试件的破坏仅为正弯矩区受拉侧盖板的断裂;螺栓发生有限滑移后,螺栓孔壁持续受到挤压发生轴向变形有利于塑性铰的转动,也为轴力的传递提供了路径,结构受荷后期悬链线效应显著,整体抗力得到提升;基于能量平衡原理对子结构进行动力评估可知,节点的非线性转动能力直接影响了结构的抗倒塌能力,弱轴采用全螺栓连接的结构具备更高的动力倒塌抗力。     

平齐端板连接钢框架梁柱子结构的抗倒塌性能分析

平齐端板连接是钢结构建筑中常用的梁柱节点连接方式之一,其节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关.针对平齐端板梁柱节点,采用备用荷载路径法,构建了基于悬链线机制的梁柱子结构模型,分析了钢框架结构在倒塌过程中梁机制与悬链线机制的转换机理.通过数值分析,并与相关试验数据进行验证,获得了梁跨高比和端板厚度等关键参数对钢框架梁柱子结构抗倒塌性能的影响规律,为同类连接方式的钢框架结构抗倒塌分析和设计提供参考.     

弱轴栓焊连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

栓焊连接是钢结构建筑中常用的节点形式之一,该节点的受力性能和破坏方式与钢框架结构的抗倒塌性能密切相关。针对栓焊连接节点,采用备用荷载路径法,选择两跨三柱型梁柱子结构作为研究对象,对三个不同跨度比（1:0.6, 1:1.0, 1:1.4）的弱轴栓焊连接梁柱子结构试件进行单调静力加载试验,对比分析了连续倒塌条件下三个试件的破坏模式、力学性能和抗力机制。试验结果表明：三个试件的破坏过程均为梁端受拉翼缘先后发生断裂,进而断裂截面部分内力转由腹板螺栓传递,且梁端受压翼缘屈曲,最终由于梁柱节点处梁腹板螺栓孔发生剪切破坏或梁腹板、节点板断裂使试件丧失承载力。通过分析试件的失效机理可知,三个试件的抗力机制发展过程经历了梁机制阶段、梁机制向悬链线机制转变的过渡阶段、悬链线机制阶段。弱轴栓焊连接节点具有较高的冗余度,当受拉翼缘断裂后节点仍具有一定的转动能力,剩余结构通过梁柱之间可靠的拉结力及梁端产生的较大转角保证悬链线效应能够充分发挥,且在之后的大变形中起主导作用,而梁柱节点变形的快速增大有利于梁柱子结构通过梁柱构件间的协同工作继续承担荷载。对不等跨弱轴栓焊连接梁柱子结构试件,其初始断裂部位往往位于跨高比较小的短梁,且短梁相比长梁的悬链线效应更为显著。     

穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱-钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明：穿心型钢管混凝土柱-钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱-钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标η高于其余钢梁倒塌破坏节点。     

穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点抗连续性倒塌性能分析与评估

火灾、爆炸、撞击等突发事件可能造成建筑物发生连续性倒塌,二十世纪以来,随着国际上恐怖活动逐年增多,各国专家学者开始重视建筑防倒塌规范的制定和结构抗连续性倒塌性能的研究。目前,钢管混凝土柱–钢梁外环板式节点已被广泛应用于工程实例中,但其因在钢管外壁焊接外加强环板占用大量建筑空间,影响建筑物使用功能,而钢管混凝土柱–钢梁穿心式节点即钢梁整体或部分穿过钢管及钢管内填充的混凝土,大大节省建筑使用空间。为研究穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点在连续性倒塌工况下的机制,利用ABAQUS有限元软件建立5个穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点及1个全焊接节点模型,考察节点在连续倒塌工况下的抗力机制、变形模式及内力变化,并评估其节点的抗连续倒塌能力。结果表明:穿心型钢管混凝土柱–钢梁节点的连续倒塌破坏模式可分为钢梁倒塌破坏模式和柱壁倒塌破坏模式两种类型,柱壁倒塌破坏虽有更好的延性及承载力,但钢管壁鼓曲具有不稳定性。节点的竖向承载力主要由抗弯机制及悬链线机制提供,其中抗弯机制提供前期抗力,悬链线机制决定后期极限承载力。新型穿心构造的钢管混凝土柱–钢梁节点具有良好的抗连续倒塌能力,其节点抗连续倒塌性能评估指标高于其余钢梁倒塌破坏节点。     

钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力及延性分析

以钢筋混凝土平面框架为分析对象,采用解析法讨论了钢筋混凝土框架结构连续倒塌全过程及相应抗连续倒塌机制和抗连续倒塌能力,推导了梁机制、复合机制、悬链线机制等各种抗力的理论计算公式。将这种分析方法和理论计算公式用于笔者完成的2个钢筋混凝土空间框架结构的连续倒塌试验,连续倒塌的抗力计算结果与试验结果符合较好。基于结构抗连续倒塌的自身特点,提出了"结构抗连续倒塌的延性要求与结构抗震的延性要求是不同的"这一观点,建立了钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌延性系数的定义和计算方法。结合连续倒塌过程、抗连续倒塌机制、抗力和延性的分析,提出了混凝土框架结构抗连续倒塌的延性设计要求。更多还原     

钢-混凝土组合梁连续倒塌性能与倒塌机理分析

为了研究在中柱失效情况下钢-混凝土组合梁的连续倒塌性能,利用ANSYS软件对12根组合梁柱子结构试件进行了有限元建模,分析了混凝土板中配筋率、组合梁跨高比、栓钉间距、梁端纵向约束条件等参数对组合梁连续倒塌性能的影响。结果表明,板中配筋率、跨高比、钢梁高度等参数对组合梁的抗倒塌承载力影响显著;考虑悬链线工作机制的组合梁极限抗倒塌承载力约为按照塑性铰破坏模型计算所得抗倒塌承载力的1.34~1.86倍;进行组合梁的静力倒塌分析时应考虑荷载的冲击作用,倒塌荷载动力增大系数(DIF)可在1.13~1.41之间取值。     

腹板双角钢抗剪连接受力性能有限元分析

对9个腹板双角钢抗剪连接节点进行了单调和循环荷载下的有限元分析,探讨了有钢尺寸、螺栓直径和螺栓的排列布置对节点的初始转动刚度、强度和延性的影响,总结了这种抗剪连接节点的受力行为.     

爆炸荷载作用下钢框架结构连续倒塌分析

结合美国GSA规范,采用显式有限元软件LS-DYNA,建议了一套完整的爆炸激励下结构倒塌数值计算分析方法,并对一栋4层钢框架结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌过程进行了仿真分析,研究了钢框架结构的连续倒塌机制、各结构构件的破坏形式和受力状态.本文建议的方法可以较为真实、准确地模拟结构在爆炸激励下的倒塌全过程.进一步的研究还发现:当部分结构构件被炸坏后,结构倒塌过程中,悬链线机制对结构的倒塌形式和构件的渐进破坏形式产生很大影响;悬链线拉力直接或间接导致了结构构件的局部翘曲和整体塑性失稳.     

Levy型劲性支撑穹顶结构连续倒塌分析

劲性支撑穹顶结构在遭受意外冲击时,可能发生连续倒塌,造成财产损失,甚至人员伤亡,因此分析其连续倒塌性能十分必要。依据Levy型劲性支撑穹顶结构的特点,给出了杆件阀值系数及其计算公式,提出了连续倒塌判别准则及倒塌类型。提出了基于响应差值的损伤系数,给出了杆件重要性系数。依据杆件重要性系数对Levy型劲性支撑穹顶结构的杆件重要性进行计算并排序。基于连续倒塌判别准则和杆件重要性分析结果,提出了连续倒塌分析方法和流程,分析了结构的连续倒塌性能,讨论矢跨比、初始预应力对连续倒塌性能的影响。给出了劲性支撑穹顶结构抗连续倒塌的方法。研究表明：Levy型劲性支撑穹顶结构的连续倒塌类型分为无倒塌、局部倒塌和整体倒塌。结构外环杆重要性系数最大,其次是内环杆。外环杆、内环杆和节点发生破坏,结构将发生连续倒塌,其它杆件破坏结构不会发生倒塌。矢跨比越小、初始预应力越大,杆件的重要性越小。可加强节点和环向杆件根数提高结构的抗连续倒塌能力。     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌的竖向非线性动力分析

结构的连续倒塌分析(PCA)是结构抗连续倒塌能力定量评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前国内外土木工程界的热点研究领域。本文基于备用荷载路径原理,采用考虑构件失效时长的竖向非线性动力分析方法,对钢筋混凝土平面框架结构进行了竖向连续倒塌分析,根据损伤结构的反应判断剩余结构能否抵抗连续倒塌,分析中考虑了将同一轴线不同楼层的框架柱逐根移除和将同一轴线所有楼层的框架柱同时移除这两种情况对结构倒塌失效模式的影响,探讨了失效时长对结构动力响应的影响,发现构件失效时长对剩余结构的响应有重大影响。研究表明,竖向非线性动力分析方法是结构抗连续倒塌设计与抗连续倒塌能力分析的一种有效方法。     

等倒塌设计抗弯钢框架的结构影响系数

为促进抗震设计所采用的结构影响系数能够定量实现"大震不倒"这一性能化抗震目标,按照中国抗震规范设计了3个具有相同的抗倒塌储备能力的抗弯钢框架,采用增量动力时程分析方法、并结合"等倒塌"设计准则,确定了抗弯钢框架的结构影响系数,给出了建议值。     

K型圆管相贯节点的滞回性能分析及试验

节点作为空间结构最重要的组成部分,其在反复荷载作用下的荷载—变形曲线(滞回曲线)是对其延性、耗能能力、强度、刚度等力学性能的综合反映。对K型搭接相贯节点内隐藏焊缝焊与不焊两种模型在弦杆轴向往复荷载作用下进行试验研究和有限元模拟计算,对比分析得到节点试件的破坏模式和滞回曲线,同时有限元模拟分析所得结果和试验所得结果较为吻合。结果表明:隐藏焊缝焊接节点破坏时是局部的,最终是搭接管在焊缝处被拉断;不焊节点的破坏模式是焊缝整体破坏,隐藏焊缝不焊对节点承载力的影响不能忽视。通过有限元模拟分析来代替相贯节点滞回性能试验是可行的。     

地震作用下钢框架混凝土核心筒组合结构体系的抗震性能

钢框架-混凝土核心筒组合结构体系是外框架采用钢结构,内筒采用混凝土剪力墙结构,形成钢框架-混凝土内筒体系。采用ANSYS有限元软件对25层钢框架-混凝土核心筒组合结构体系进行地震作用下的地震响应分析和稳定性分析,得到数据结果表明,该结构体系抗震性能比纯钢框架架结构的抗震性能更加优越。     

上海世博会世博轴索膜结构屋面有限元分析与研究

作为索膜结构的一个工程实例,介绍了上海世博会世博轴索膜结构屋面有限元分析理论和分析方法。包括计算模型的确定、单元的选取、找形分析过程和初始态的评价原则、荷载效应分析过程和荷载作用下膜面应力与变形的控制。分析结果表明,索膜结构找形分析的关键问题是如何确定索和膜的预应力大小,荷载效应分析的关键是如何控制膜面应力及位移。采用有限元法有效解决了本工程索膜结构找形和荷载效应分析问题。分析方法和过程可为类似结构分析设计提供参考。     

边坡主动防护网力学性能的试验与数值分析

对主动防护网中由钢丝绳网及缝合绳组成的单个防护单元在法向集中荷载作用下的力学性能进行了试验研究,同时采用数值分析方法对防护单元进行了分析,并与试验结果进行了比较。研究结果表明:当未在角部缝合绳与钢丝绳网连接节点处设置绳卡时,由于防护单元角部缝合绳与钢丝绳网之间相互错动摩擦作用,引起角部钢丝绳网与缝合绳连接节点处最先发生破坏,影响了其整体性能;当在角部缝合绳与钢丝绳网连接节点处设置绳卡时,由于绳卡能在一定程度上限制缝合绳与钢丝绳之间的相互错动,试验得到的最大竖向承载力有一定的提高。此外,在试验开始阶段,防护单元存在一部分弹性变形前的非弹性变形,数值计算结果与试验结果存在一定的偏差,当扣除这部分影响时,数值计算结果与试验结果吻合好,数值分析方法能较好的预测防护单元在法向荷载作用下力学性能。     

基于LonWorks技术的网络化电机控制设计

该文设计了基于LonWorks现场总线技术的网络化电机控制系统。利用神经元芯片TMPN3150设计了LonWorks智能节点,并完成硬件电路与软件功能。LonWorks总线连接多个智能节点,iLON600作为LonTalk/IP路由器连接LonWorks总线与Internet网络,达到控制网与以太网的集成。利用组态王设计上位机监控软件,实现对多电机转速、转向的网络化群控。     

覆冰导线在斜风下的气动力特性试验和数值模拟

斜风作用下,输电线覆冰舞动往往为控制工况。基于斜风下的输电线气动特性是影响舞动的关键因素。文章主要研究新月形覆冰导线在斜风作用下的空气动力特性,新月形覆冰导线随着风向角的变化,及其三分力系数曲线变化。文章对斜风下覆冰导线三分力系数对传统的斜风分解法进行检验,运用计算流体力学软件Fluent进行数值模拟和风洞试验两种不同方法,对覆冰导线在斜风下的气动力特性进行研究,把风洞试验的测得数据和数值模拟得到的结果进行比较得出,数值模拟和试验结果吻合的很好。     

横观各向同性土——半封闭隧道衬砌相互作用分析

土体在沉积过程中存在各向异性,将土体视为各向异性体更为合理。考虑土体和衬砌的相互作用,基于饱和多孔介质理论和弹性理论,在频率域内研究了简谐荷载作用下横观各向同性土———半封闭圆形隧道衬砌简谐耦合振动。通过衬砌内边界应力连续以及土体和衬砌界面处应力和位移协调,得到了饱和横观各向同性土和衬砌的位移、应力和孔压解析表达式。利用衬砌中流体速度和土体中流体速度相等,建立了隧道部分透水边界条件,得到了待定系数的具体表达式。数值算例分析了土体和衬砌物性和几何参数的影响,表明:横观各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较大,而垂直于各向同性面内的弹性模量对系统动力响应影响较小。另外,相对渗透系数和衬砌厚度对响应幅值有很大影响,而衬砌泊松比对响应幅值影响较小。     

双向单排配筋T形剪力墙抗震性能试验研究

为了研究多层建筑结构中的双向单排配筋T形剪力墙的力学特性与抗震能力,设计了2个1/2缩尺的双向单排配筋混凝土T形剪力墙模型,分别沿腹板方向和翼缘方向,对其进行了低周反复荷载试验研究,分析了其承载能力、延性性能、刚度退化过程、滞回包络特性、耗能特点和破坏全过程特征。研究表明:在双向单排配筋T形剪力墙的配筋率相等情况下,该剪力墙沿腹板方向的抗震性能优于沿翼缘方向的抗震性能,这种剪力墙节点可以满足多层剪力墙住宅结构抗震要求。