钢板梁面内极限承载力的半解析初应力解法

根据钢板梁腹板平面内荷载作用下的工作，拟定板梁弯曲，剪切及腹板面外翘曲位移函数，考虑几何非线性，腹板初始曲度及横向加劲肋的面外弯曲刚度，由势能驻值原理建立板梁的平衡方程，文中计算结果与实测结果接近，得出一些有关板梁承载能力的结论，与梁的工程设计理论一致。     

波纹腹板钢−混组合箱梁抗震性能研究

对3榀不同剪力连接度的波纹腹板钢?混凝土组合箱梁进行竖向低周反复荷载作用下的力学性能试验研究,重点对组合箱梁的破坏形式、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、刚度退化规律等抗震性能进行试验分析。研究结果表明:在低周反复荷载作用下,波纹腹板钢?混凝土组合箱梁主要有弯曲破坏和弯剪破坏2种破坏形式;荷载?位移滞回环较为饱满,无明显捏缩现象,具有较好的抗震性能;骨架曲线可分为近似弹性、弹塑性和破坏3个阶段;随着剪力连接度的增大,极限位移、破坏位移显著增大,试件耗能能力显著增加,适当增加波纹腹板钢-混凝土组合箱梁的剪力连接度,可有效提高其耗能能力;具有较好的延性,有利于震后的正常使用和修复;由于损失积累,使得正向耗能能力高于反向耗能能力;刚度退化前期受参数影响较为敏感,后期退化规律趋于平缓。     

X形钢阻尼器盆式支座设计与分析

将X形钢阻尼器与单向滑动盆式支座进行组合,设计了一种新型支座——X形钢阻尼器盆式支座。该新型支座通过X形钢阻尼器的弹塑性变形和盆式支座的摩擦来消耗能量。通过有限元数值模拟及试验研究相结合的方式对新型支座的力学性能进行了研究。结果表明:数值模拟结果与试验结果相吻合,新支座的滞回曲线饱满,有较好的耗能效果。     

外端板加强式钢管混凝土柱梁焊接节点受力性能分析

针对方形钢管混凝土柱与钢梁穿芯螺栓-加劲端板节点在反复荷载作用下易发生螺栓松动甚至断裂的问题,提出外端板加强式柱梁焊接节点。基于外端板加强式钢管混凝土柱-钢梁焊接节点抗震性能试验结果,运用ABAQUS对其抗震性能进行有限元分析,并与试验结果进行对比,进而对影响该类型节点受力性能的因素予以分析。研究结果表明:有限元分析的节点破坏模式、滞回曲线与试验结果吻合较好;加劲肋对节点的破坏模式、承载力与变形能力影响较大;柱子轴压比与钢梁腹板厚度对节点的承载力与变形能力有一定影响;混凝土强度与外端板厚度对节点承载力与变形能力影响较小。试验研究与有限元分析结果均表明,该类型节点承载力与变形能力等抗震性能指标良好,可在地震设防区应用。     

U肋加劲板受压力学性能分析

为了探究U肋加劲的板件在压力作用下的受力性能与破坏机理,建立了受压混合钢U肋加劲板非线性有限元模型,分析了边界条件、初始几何缺陷和焊接残余应力对其受力性能的影响。结果表明:改变试件两端的转动约束条件会改变试件的破坏模式和受压稳定承载力;加载偏心方向对试件稳定承载力有较大的影响,当加载偏心弯矩效应与试件弯曲方向一致时,试件承载力随加载偏心的增大而减小,反之,试件承载力随加载偏心的增大而增大;在有限元模型中试件两端约束设置为自由转动,整体几何缺陷幅值取构件长度的1/1 000,局部几何缺陷幅值取子板宽的1/200,加载偏心矩取截面高度的0. 02倍,采用残余应力简化分布形式得到的承载力计算结果与混合钢U肋加劲板试验结果符合较好。该数值模拟方法可用于混合钢U肋加劲板的受力性能和抗压稳定承载力分析。     

装配式钢框架建筑屈曲约束支撑抗震性能研究

为解决多层装配式钢框架消能结构连接方式对其抗震性能的影响,以新建石景山区北辛安社区养老及助残服务中心为研究对象,运用室内物理模拟的手段,建立了预埋件连接和焊接连接2种不同的小比例尺试件,对比两者的滞回曲线、骨架曲线、刚度曲线、延性和耗能参数等抗震性能指标。结果表明：两种连接方式的滞回曲线都呈饱满的梭形,耗能性能良好;相比于焊接连接,预埋件连接的屈曲约束支撑屈服位移明显增加、屈服荷载则降低,极限位移和极限荷载的变化规律则恰好相反;两种连接方式的初始刚度接近,割线刚度随位移的增加均呈现指数降低;相同位移下,预埋件连接的试件具有更大的割线刚度,但延性系数更小;预埋件连接试件的能量耗散系数、等效黏滞阻尼系数均约为焊接连接试件的0.81倍,表明屈曲约束支撑采用焊接连接方式具有更为优越的抗震性能。     

L形加肋钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为考察不同加肋形式对L形钢管混凝土轴压力学性能的影响,共设计8根钢管混凝土轴压短柱试件(2根无肋,6根加肋),进行加压试验,并对比所有试件受压后的截面破坏模态、屈曲形态和位置以及荷载-纵向应变关系曲线,通过ABAQUS有限元软件进行仿真建模,并结合有限元计算轴压全过程曲线、钢管与混凝土的相互作用力分布以及钢管截面上的应力云图纵向分布情况对不同加肋形式构件进行轴压工作机理分析。结果表明:钢管外壁鼓曲、焊缝开裂是8根L形钢管混凝土轴压试验构件在破坏时的普遍表现;布置纵向加劲肋能显著提高试件的极限承载力和延性;对于间断加肋试件,减小其肋间间距可显著提升试件的约束效果;设置在阴角处的加劲肋对提升试件受压性能的效果不明显;钢管对混凝土的约束在无肋试件中主要集中在角部,加肋试件的约束主要集中在肋与角部处;综合考虑焊缝数量、加劲肋面积以及加肋后效果,L-WR-5的加肋方式最优。     

基于滞回耗能的钢-混凝土组合框架抗震性能分析

基于能量抗震设计方法对某三层两跨钢-混凝土组合框架进行有限元动力时程分析。根据现有实验得出的简化适合组合结构刚度退化三线型恢复力模型,建立组合框架的能量反应公式,利用有限元软件模拟组合框架在地震荷载下的动力响应。综合考虑地震动三要素和结构的自身动力特性,通过对结构的地震反应能量计算,分析组合框架在地震荷载下滞回耗能层间的滞回能量分配及受各种因素影响的具体变化耗散规律。对比钢筋混凝土框架的滞回耗能分析,结果表明组合框架具有更强承受大震的耗能能力,同时为组合框架在预测地震可能发生时的抗震性能分析提供理论依据。     

新型组合箱梁竖向弯曲力学行为的研究

研究目的:新型组合箱梁是传统波纹钢腹板组合箱梁下翼板(RC板)被平钢板所置换的一种结构。为研究该类结构竖向弯曲力学行为,本文设置3个不同的剪滞纵向翘曲位移差函数,以准确反映不同宽度、厚度组合箱梁翼板的剪滞变化幅度,同时考虑组合箱梁腹板褶皱效应、铁木辛柯剪切变形以及剪滞翘曲应力自平衡等因素,进而基于能量变分法建立组合箱梁的弹性控制微分方程和自然边界条件,且据此开展新型组合箱梁竖向弯曲力学性能的精细化分析。研究结论:(1)由于剪滞翘曲应力和弯矩自平衡条件的引入,新型组合箱梁力学性能分解为独立的初等梁理论和剪滞理论体系,且其力学性能为两者的叠加值;(2)与传统组合箱梁相比较,新型组合箱梁褶皱效应明显趋强;(3)由于自平衡条件的引入,本文方法计算精度显著提高,可为新型组合箱梁的推广应用提供理论和技术支持。     

异形钢管混凝土短柱轴心受压力学性能试验研究

目的:了解异形钢管混凝土短柱的受力、变形机制和破坏形态,着重考察约束效益系数对异形钢管混凝土短柱的力学性能影响。方法:设计制作了4个T形钢管混凝土短柱和4个L形钢管混凝土短柱,通过轴心受压试验来实测试件极限承载力和荷载-位移曲线,分析约束效益系数对异形钢管混凝土短柱力学性能的影响。结果:试件压坏现象明显,呈现出局部鼓曲或角部开裂两种破坏形态,且开裂集中在T形试件腹板处和L形试件内角处。结论:提高约束效益系数能有效提高试件极限承载力和改善试件后期承载能力;试件工作状态可分为三个阶段;T形试件腹板处和L形试件内角处易出现应力集中。     

重复荷载作用下栓钉连接件力学性能的试验研究

进行了16个栓钉连接件试件在重复荷载作用下的滞回性能实验研究,考察横向配筋率和栓钉间距对栓钉力学性能的影响。结果表明:栓钉连接件的滞回曲线较为饱满,耗能能力强;当横向配筋率在0.4%~0.79%之间时,试件的延性和耗能能力都得到明显的提高;继续增加到1%时,试件的延性开始下降,但耗能能力继续增加;同样,当栓钉间距在40~80mm之间时,试件的延性得到提高,而耗能能力下降;当栓钉间距在80~160 mm之间时,试件的延性开始降低,但是,耗能能力提高。     

曲线梯形箱梁静力分析的多参数翘曲位移函数法

以薄壁曲杆理论为基础,提出一种对曲线梯形箱梁静力学特性准确分析的解析法。为准确反映箱梁不同宽度翼板的剪滞变化幅度,分别对梯形箱梁上下翼板和悬臂翼板设置3个不同剪滞纵向位移差函数。分析中综合考虑弯曲和翘曲扭转(包括二次翘曲剪切)因素,引入剪滞效应和剪切变形影响,建立曲线箱梁弹性控制微分方程和自然边界条件,获得弯、扭、翘和剪滞效应相耦合广义位移的闭合解。结合算例,分析不同荷载形式、不同跨度以及剪切变形和二次翘曲剪切效应等因素对曲线箱梁力学特性的影响,本文解析解与板壳有限元结果吻合较好,证明了本文方法有效性,所得公式发展了曲梁剪滞理论。     

腹板开孔型节点空间钢框架在低周反复荷载作用下的抗震性能研究

采用ABAQUS有限元分析软件对普通节点和腹板开孔型节点两种不同的节点形式建立三维的空间钢框架模型,进行有限元的模拟。对比分析了两种钢框架模型的破坏形式、承载力、滞回性能、耗能能力、强度及刚度退化性能。研究表明,腹板开孔型节点可使梁端塑性铰外移至梁端腹板开孔处,避免梁端焊缝处应力集中导致发生脆性破坏,增加了结构延性,但同时会降低结构承载能力;腹板开孔型节点等效粘滞阻尼系数与普通钢框架相比有明显的提高,进入屈服阶段后由于应力重分布,其刚度及承载力退化速度较普通节点钢框架较慢,腹板开孔型节点钢框架具有梁铰延性破坏机制,抗震性能较好。研究内容可为腹板开孔型节点在空间钢框架的应用和理论分析提供参考。     

装配式钢框架与混凝土墙体节点连接设计及抗震性能研究

为解决装配式钢框架与混凝土墙体连接节点的抗震设计问题,以石景山区北辛安社区养老及助残服务中心为研究对象,提出2种不同装配式钢框架与混凝土墙体节点连接设计,运用室内试验方法,建立物理模型,分析模型在水平低周期反复荷载作用下的动力响应特征。结果表明,钩头螺栓连接试件的滞回曲线出现反“S”形发展和“捏拢”现象,而对拉高强螺栓连接试件的滞回曲线饱满圆润,能量耗散系数和等效黏滞阻尼系数是前者的1.19倍;2种连接方式的试件骨架曲线均可划分为3个阶段,拉高强螺栓连接试件的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均比钩头螺栓连接试件提升了20%以上;2种工况的割线刚度曲线形状基本相同,呈反“S”形,对拉高强螺栓连接试件初始刚度远大于钩头螺栓连接试件,且位移延性系数也大幅度提升。     

加劲钢板-混凝土组合悬臂板塑性阶段荷载分布宽度分析

塑性阶段的荷载分布宽度不同于弹性阶段,但在设计中普遍仅采用弹性阶段的荷载分布宽度。针对一种新型的组合板——加劲钢板-混凝土组合板,进行了足尺模型试验研究。利用非线性有限元方法,分析了组合悬臂板在弹性和塑性受力阶段的荷载分布宽度,并将结果与我国现行公路桥梁设计规范计算公式进行了比较。结果表明:在塑性极限状态,试验分析得到的荷载分布宽度比弹性阶段提高了44%,数值计算得到的荷载分布宽度比弹性阶段提高了61%。     

模拟酸雨腐蚀下方钢管混凝土抗震性能研究

为研究酸雨锈蚀对方钢管混凝土柱抗震性能的影响,设计并制作12根方钢管混凝土试件,按照试验方案将9根试件放入模拟酸雨溶液中浸泡,同时通电加速腐蚀,对全部试件进行低周往复荷载试验。观察试件的最终破坏形态,讨论腐蚀水平及轴压比对试件抗震性能的影响,并与相关规范计算出的低周往复荷载下试件压弯承载力对比。结果表明:试件均在焊缝开裂后迅速破坏;随着锈蚀率升高,滞回曲线由饱满变为梭形,试件的轴向承载力下降,骨架曲线有明显的降低趋势,延性系数下降,耗能能力降低;试件的耗能能力与轴向承载力均随着轴压比的增加而减小;本文试验结果与《钢管混凝土结构技术规范》和江西省规范预测结果均吻合良好,《钢管混凝土结构技术规范》偏于保守。     

考虑弹塑性结构退化和捏拢滑移效应的光滑滞回模型

基于Bouc-Wen微分滞回模型,提出考虑弹塑性结构刚度退化、强度退化和捏拢滑移效应的光滑滞回模型.在该滞回模型中,弹塑性结构滞同反应的刚度退化程度由与加载历史上最大位移延性相关的参数控制,强度退化规律通过引入基于变形和滞回耗能双参数指标的损伤指数描述,捏拢滑移特征通过增加滑移-锁定单元模拟.滞回模型的控制参数为9个,一般只需调整其中与刚度退化、强度退化和捏拢滑移特征相关的6个参数便可模拟多种形状的滞回曲线.应用该滞回模型对弯曲破坏型和剪切破坏型钢筋混凝土柱抗震试验进行数值仿真,结果表明该滞回模型可较好地模拟不同破坏模式钢筋混凝土构件的滞回曲线.     

反复荷载作用下活性粉末混凝土空心桥墩

通过5个大比例尺活性粉末混凝土空心矩形桥墩试件在低周反复荷载作用下的受力性能试验,对试件的破坏形态、滞回特性、延性性能和耗能能力进行研究,分析纵向配筋率、配箍率等因素对试件受力性能的影响.结果表明,配置了横向箍筋的空心矩形桥墩试件的延性性能和耗能能力得到明显提高,具有良好的抗震性能.利用基于平截面假定的条带法编制了数值分析程序,分析试件弯矩与转角的关系,理论计算结果与试验结果吻合较好.     

加槽钢作连接构件的空间半刚性梁柱节点有限元分析

基于半刚性梁柱弱轴端板连接一般将端板与柱的腹板连接或者将端板焊接于柱的2个翼缘间,端板与柱腹板连接对柱的腹板有削弱作用,端板焊接在柱的2个翼缘之间会因为柱翼缘板厚的限制而不易施焊,因此,提出一种既容易焊接,又对柱的腹板没有削弱作用的连接:加槽钢作连接构件的半刚性弱轴端板连接。运用用有限元软件ABAQUS建立强轴弱轴共存的空间半刚性梁柱端板连接节点的非线性有限元模型,采用合理的材料本构关系,在试验验证的基础上,分析了强、弱轴在5种荷载工况作用下的转动特性,以模拟实际工程中角柱、边柱和中柱上强、弱轴节点的实际受力状态。研究结果表明:加槽钢作连接构件的弱轴端板连接避免了对柱腰板的削弱,具有良好的变形能力,属于典型的半刚性连接;强弱轴同时加载时节点的承载力基本一致,但节点的初始刚度有较大区别;本文提出的结点构造可为实际工程提供参考。     

不同轴压比下聚丙烯纤维增强混凝土墩抗震性能试验研究

为研究塑性铰区采用聚丙烯纤维混凝土(PP-ECC)桥墩的抗震性能,在不同轴压比(n=0.1、0.3)下对4个局部采用PP-ECC桥墩的试件进行低周反复荷载试验,分析桥墩试件的试验轴压比和PP-ECC区高度等设计参数对滞回特性、强度衰减、刚度退化、位移延性及滞回耗能等抗震性能的影响。结果表明:4个试件的破坏过程和破坏形态相似,最终破坏时纵向钢筋受压屈曲,PP-ECC保护层未剥落,核心PP-ECC保持良好;轴压比越大,强度衰减越快,刚度退化越严重,试件整体稳定性越差;PP-ECC桥墩的位移延性和极限位移转角随着轴压比的增加而降低,轴压比越小的试件变形能力越强;随着轴压比的增加,试件的耗能能力、承载能力和初始刚度都有一定的提高。