刚架结构极限承载力分析的广义塑性铰研究

传统塑性铰法及其改进方法具备比例特点,能够根据外荷载与内力之间的比例关系快捷确定刚架的塑性铰位置和极限承载力,但不能应用于多内力组合作用下的刚架极限承载力问题。随后发展起来的二阶塑性铰法和精细塑性铰法尽管解决了该问题,但不具备比例特点,需通过大量迭代试算、并连续调整荷载增量来确定刚架的塑性铰位置和极限承载力,导致理论复杂,计算效率低。为此,文章利用广义屈服准则提出内力组合因子的定义,据此建立具备比例特点的广义塑性铰法,能够快捷处理刚架结构在多内力组合作用下的极限承载力问题。首先,利用广义屈服准则研究建立内力组合因子,据此修正刚架单元在不同加载步的截面强度。然后,利用齐次广义屈服函数和标准化内力定义单元承载比,并根据荷载与单元承载比之间的比例关系快捷确定各加载步的塑性铰位置和极限承载力。最后,通过与弹塑性增量法和改进塑性铰法对比分析,验证了该方法具有简捷、高效和高精度特性。     

框架-摇摆墙结构损伤后受力性能分析

基于已有的离散-连续参数模型,对损伤后框架-摇摆墙结构的受力性能进行了研究。假定损伤只发生在框架结构上,没有实现“强柱弱梁”的损伤方式,损伤以柱端产生塑性铰的形式出现。研究结果表明：相比未损伤前,损伤后结构的侧向变形有一定的增加,结构最大内力有增有减,二者数值大小的变化与产生塑性铰楼层位置和塑性铰的形式有关。对于框架-摇摆墙结构,有目的地设置薄弱层,对降低结构内力,使层间相对变形趋于均匀是有利的。     

带键槽梁底筋锚入式预制梁柱连接塑性铰长度研究

针对混凝土构件在反复荷载作用下的受力特点,提出了拉-压综合塑性铰长度概念;通过低周反复荷载试验,研究了带键槽梁底筋锚入式预制梁柱连接的塑性铰特点,并得出了拉-压综合塑性铰长度的试验结果;以Panagiotakos模型为基础,提出了考虑预制形式、混凝土局部横向约束和配筋率影响的修正塑性铰长度模型。结果表明：拉-压综合塑性铰长度可综合反映反复荷载作用下塑性铰的损伤情况;带键槽梁底筋锚入式预制梁柱连接塑性铰形态与现浇对比试件略有差别;修正的塑性铰长度模型可以较好地预测该类梁柱连接拉-压综合塑性铰长度。     

传统框架及楼板局部设缝框架动力弹塑性时程分析

本文提出楼板局部设缝框架结构,即在框架梁端塑性铰范围的侧向楼板内设置贯穿板厚的通缝,以消除现浇楼板及纵筋对梁端抗弯承载力的贡献,实现"强柱弱梁"的屈服机制。分析了小震和大震作用下,传统框架与楼板局部设缝框架的地震反应,研究大震作用下结构的塑性铰分布,表明楼板局部设缝框架结构能改善其屈服机制,实现"强柱弱梁"的抗震要求,提高结构抗震性能。     

方底钢筋混凝土球扁壳基于双剪屈服准则的极限分析

利用双剪屈服准则建立了用机动法计算钢筋混凝土球扁壳的塑性屈服线理论,给出塑性屈服线求极限荷载的方法,使其更加合理。建立了矩形底的钢筋混凝土扁壳的屈服条件,并用无矩和有矩理论求解出方形底周边铰支的球扁壳的极限载荷。     

钢筋混凝土结构塑性铰的研究

本文首先讨论了钢筋混凝土结构塑性铰的基本理论,总结介绍了部分国内外研究者所建议的塑性铰计算公式,并进行了若干评述。 文中依据作者所进行的钢筋混凝土三跨连续梁和简支梁的试验资料,提出了塑性铰转角、塑性铰等效长度新的计算公式。文中所建议的塑性铰等效长度的计算公式既考虑了剪跨比的影响,也包含了截面受压区相对高度ξ的因素,且与试验结果符合较好。     

塑性铰的布置方式对铰接钢框架Push-over分析的影响

本文对铰接钢框架的受力特点进行了分析,提出了对塑性铰传统布置方式的改进方案。通过对具体算例采用本文推荐的塑性铰布置方式进行Push-over分析,验证了采取此种布置方式的合理性;同时得出了针对铰接钢框架进行Push-over分析时,梁跨中产生塑性铰的规律;并且对铰接钢框架结构运用两种塑性铰布置方式进行Push-over分析的结果进行了比较。     

套筒灌浆缺陷对预制混凝土柱钢筋屈服特征的影响研究北大核心CSCD

预制混凝土柱采用钢筋套筒灌浆连接时,在连接处形成套筒刚域,将对钢筋的受力状态产生一定程度的影响。通过1个现浇混凝土柱、1个无灌浆缺陷预制混凝土柱、5个带不同程度灌浆缺陷预制混凝土柱、2个灌浆缺陷注射补灌修复预制混凝土柱的低周反复荷载试验,研究了上述各种情况下的钢筋屈服特征及其对塑性铰形成的影响。研究结果表明:预制混凝土柱采用钢筋套筒灌浆连接时,套筒刚域的存在导致钢筋出现应变集中现象,塑性铰集中在底部接缝位置;当灌浆缺陷增大到一定程度后,柱底部接缝钢筋不再屈服,塑性铰不再形成;带灌浆缺陷预制混凝土柱通过注射补灌修复后,预制柱的钢筋屈服特征可以恢复到无灌浆缺陷状态。研究结果可为优化预制混凝土柱钢筋套筒灌浆连接的计算理论提供依据。     

基于欧洲规范3中三维钢框架塑性铰分析的局部屈曲检验

根据欧洲规范3,对于I形截面三维钢框架塑性铰,建议采用局部屈曲检验的方法。提出轴力和双向弯矩下横截面应力分布的实用方法,可直接采用横截面分类的概念。欧洲规范3中,对于满足横截面要求的塑性铰整体分析也适用于局部屈曲检验。按照所提出的方法,通过二阶塑性铰分析,对2个不同构件尺寸的三维钢构架进行研究。介绍了大量塑性铰局部屈曲检验的情况。     

延性比概念在人防设计中的应用

文章首先论述延性比在人防结构设计中的作用,得出等效静栽与延性比成反比关系;然后对常用的一种主次梁结构在人防荷载作用下进行估算,提出让次梁中部率先出现塑性铰,从而形成一种大板块的屈服模式,可以缓和主梁承受的剪力,提高它的安全度.     

矩形截面混凝土空心墩塑性铰长度分析

在延性抗震设计中,等效塑性铰长度直接影响到桥墩位移能力的估算,其计算的准确性对于桥墩抗震性能的评估至关重要。现有规范中等效塑性铰长度公式大多是由实心墩试验得到的,鉴于空心墩与实心墩的性能差异,这些公式对空心墩的适用性尚有待深入研究。通过7个不同设计参数的矩形截面空心墩拟静力试验,观测并分析不同构件塑性铰区损伤演化及变化趋势,研究剪跨比、纵筋率、配箍率对墩底塑性铰分布形态的影响。基于国内外等效塑性铰长度计算公式与试验结果的对比分析,发现：塑性铰长度随墩身计算长度的增大而增大,配箍率、纵筋配筋率对其有一定影响;在现有规范及文献中,Telemachos、Eurocode8、高振世的塑性铰长度计算值与实测值较为接近,适于估算矩形空心墩的塑性变形能力。     

蜂窝式可替换塑性铰梁柱节点力学性能

为避免梁柱翼缘相交处的焊缝在地震作用下发生脆性破坏,提出了一种蜂窝式可替换塑性铰节点形式,以实现中震可修的延性设计抗震目标。通过ABAQUS有限元分析软件对7个不同蜂窝式耗能环尺寸的节点模型、1个腹板开圆孔型削弱型节点模型、1个腹板开六边形孔型削弱型节点模型和1个普通梁柱节点模型在同等条件下进行了低周反复加载模拟。分析了各节点的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、延性性能及塑性耗能曲线等,探讨蜂窝式耗能环的宽度和厚度对蜂窝式可替换塑性铰节点滞回性能的影响。结果表明:蜂窝式可替换塑性铰节点的滞回曲线饱满,刚度退化趋势良好; 延性指标均超过了3.0,具有良好的抗震性能; 增加蜂窝式耗能环厚度比增加蜂窝式耗能环宽度能够更有效地提高节点屈服后变形能力、承载能力及耗能能力; 节点屈服后变形能力和承载能力保持较好的状态; 蜂窝式可替换塑性铰节点保护了梁柱节点焊缝,能够有效实现塑性铰外移。     

无粘结碳纤维筋预应力混凝土连续梁受力性能试验与分析

为解决CFRP筋张拉与锚固,探索一种CFRP筋的锚固方法,对9根无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁进行三分点的静载试验。试验证明这种锚固方法是可行的。基于试验数据,重点开展中支座负弯矩钢筋屈服后,这类梁的CFRP筋应力及塑性铰区域分布特征、内力重分布等方面的研究。在此基础上,提出无粘结CFRP筋部分预应力混凝土连续梁等效塑性铰长度的估算公式和弯矩调幅的计算公式。     

梁端翼缘扩大型连接的抗震性能研究

通过试验及数值分析方法研究了钢框架梁端翼缘扩大型连接节点的滞回性能、极限承载力、破坏模式、刚度及强度退化等抗震性能。研究结果表明:梁端翼缘扩大式节点可以将塑性铰转移到梁翼缘扩大端截面以外位置,避免梁端焊缝发生脆性破坏;加强侧板末端截面有明显突变和热影响区影响使钢材变脆应力集中现象严重,制约了节点塑性耗能深入发展;直接扩翼型节点塑性铰中心形成于扩翼圆弧段末端,远离柱翼缘,达到了塑性铰外移的目的;在循环荷载作用下,翼缘及腹板随局部屈曲塑性变形的不断积累,导致试件的强度出现退化;节点构造形式对抗震性能影响显著,直接扩翼型节点的塑性变形和耗能能力较好,推荐在强震区采用。     

Nonlinear dynamic analysis of frames with plastic hinges at arbitrary locations

This paper presents a method for nonlinear dynamic analysis of frames subjected to distributed loads, which is based on the semi‐rigid technique and moving node strategy. The plastic hinge is modelled as a pseudo‐semi‐rigid connection with nonlinear hysteretic moment–curvature characteristics at element ends. The stiffness matrix with material and geometric nonlinearities is expressed as a sum of products of the standard and geometric stiffness matrices with their corresponding correction matrices based on the plasticity‐factors developed from the section flexural stiffness at the plastic hinge locations. Each beam member is modelled by two elements. The moving node strategy is applied to the intermediate node to track the exact location of any intermediate plastic hinge that may be formed. Equilibrium iterations and geometry updating are carried out in every time step. Stiffness degradation is adopted to describe the deterioration of plastic hinges, and the effects of various parameters in the degradation model are evaluated. Examples are used to illustrate the applicability and excellent performance of the proposed method. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

圆形钢筋混凝土桥墩等效塑性铰长度

基于桥墩极限位移三分量模型,从弯曲、剪切和纵筋滑移变形等三方面分析了桥墩塑性铰长度的主要影响参数;通过40个圆形钢筋混凝土桥墩试验数据的分析,建议了桥墩塑性铰长度的理论公式及经验公式;并对建议及各规范的塑性铰长度公式进行了模型桥墩、足尺桥墩和实桥桥墩的验证。结果表明：钢筋混凝土桥墩塑性铰长度主要随墩高、截面高度、材料特性参数（fydb/fc′）及纵筋率的增大而增大,与轴压比、配箍率等关系不大;与试验结果相比,就平均意义而言,各国规范塑性铰长度计算结果偏于安全,但均有较大的离散性,日本JRA规范最为保守,中国《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01—2008）较美国Caltrans规范及欧洲Eurocode8规范保守;建议的塑性铰长度理论公式与日本JRA规范相当,建议的塑性铰长度经验公式在平均意义上与美国Caltrans规范及欧洲Eurocode8规范一致,但具有较小的变异系数和较高的保证率,优于其他公式。     

减震与隔震集成技术在钢管拱桁架体系中的应用

将隔震支座与防屈曲支撑应用于三心圆立体钢管拱桁架体系,以开展其集成减震与隔震效应研究。通过利用SAP 2000软件和几何与材料双重非线性的集中塑性铰理论,开展其在地震波作用下的动力弹塑性性能分析,分别获得原结构和减震与隔震结构的塑性铰分布、整体变形、失效形态及结构延性系数,比较并评定了原结构和减震与隔震结构的失效类型、极限承载力和变形能力。结果表明,减震与隔震结构自振周期得到延长,失效界限地震波加速度峰值相比原结构提高了131.2%,抗震性能显著提高;原结构和减震与隔震结构的失效破坏类型均为弹塑性动力失稳破坏,地震波作用下两种结构在失效界限时出现的塑性铰杆件数量均较少,但分布比较均匀;两种结构模型在两个主要受力方向均具有一定的延性性能,但其失效前的绝对变形较小,破坏前预兆性不显著。     

曲杆单元铰接单层网壳弹塑性后屈曲分析

基于曲杆单元应力 弦长关系和矩阵微分理论,推导出曲杆单元在弹性与弹塑性状态下的切线刚度矩阵精确公式。研究构件取理想弹塑性材料,结构支座取固定铰支座和可动铰支座2种约束情况,考虑构件具有初弯曲,采用曲杆单元切线刚度矩阵和广义位移控制法,取结构自重为参考荷载,对节点铰接的K8大跨单层网壳结构进行弹塑性后屈曲分析。结果表明:曲杆单元切线刚度矩阵公式精确性很高,可有效用于大型铰接单层网壳弹塑性后屈曲分析。