钢框架梁柱节点在结构连续倒塌中的性能分析

自英国Ronan Point公寓楼发生连续倒塌以来,各国学者开始对结构的连续倒塌进行研究,但新型抗震节点对结构抗连续倒塌性能的作用尚缺乏研究.利用非线性有限元方法,对3种型式的梁柱节点在结构的某一柱子失效后的性能进行了弹塑性分析.结果表明:在未考虑节点焊接缺陷的条件下,新型节点的延性较好,可以在结构发生局部破坏时不发生脆性破坏.     

节点域对钢框架梁柱连接受力性能的影响

在对30层钢框架进行预设计的基础上,选定梁柱栓焊连接试件进行有限元分析。经过对该连接试件及其节点域的滞回性能和应力分布进行有限元分析后得出,节点域具有非常稳定的非线性变形能力和耗能能力,对连接的塑性转动能力贡献较大。建议设计中允许节点域发生非线性变形,以降低对连接的塑性转动能力要求。节点域的剪应力在节点域中心最高,向四角逐渐降低,节点域剪切屈服后,几乎所有的柱轴力都转移到柱翼缘上。建议设计时选用翼缘宽大的柱截面,以保证柱翼缘能够承受因节点域剪切屈服而由柱腹板转移的压力。     

Progressive Collapse Resistance of Bolted Extended End-Plate Moment Connections

When a progressive collapse occurs due to sudden column removal, the moment connections must have adequate strength and be able to bridge over the damaged     

火灾下柱失效对多层钢框架连续倒塌的影响

针对钢结构抗连续性倒塌分析中多数采用直接拆柱法,不能真实反映由于火灾引起钢结构发生连续性倒塌时的实际情况,用ANSYS有限元软件建立无楼板的多层钢框架模型,选取已有文献中角部区域不同失效柱个数的工况。采用热固耦合法,考虑火灾使柱失效和材料非线性、几何非线性进行分析。研究了火灾下钢框架结构抗连续倒塌性能及角部区域允许失效柱个数,并将分析结果与已有文献采用直接拆除法结果进行对比。结果表明:采用ANSYS中热 结构耦合功能,结合生死单元法能够较好模拟钢框架由于火灾导致结构发生连续性倒塌的过程;通过分析3种角部区域不同失效柱个数的工况结果,得出失效柱允许个数为3根;与现有文献采用直接拆除法的有限元分析结果进行对比,发现采用直接拆除法分析结果过于保守,考虑火灾导致柱失效更加贴近实际倒塌情况。     

一种改进的刚性连接钢框架抗震性能研究

从结构整体工作性能的角度出发,对近年来工程界广为关注的狗骨式刚性连接钢框架进行了低周往复荷载作用下的试验研究。介绍了该类型结构的破坏形态、变形特点、荷载-位移滞回曲线、结构耗能性能、塑性铰出现的先后次序等,分析了狗骨式刚性连接钢框架的受力特点及抗震性能,验证了所采用设计方法的正确性。由此说明通过对靠近节点处梁翼缘的适当削弱,可以使得地震作用下塑性铰偏离脆弱的节点焊缝,出现在具有较大延性的梁端,以充分发挥钢材的塑性性能。为其在钢结构多层或小高层中的应用提供试验和理论依据。     

钢结构梁柱刚性节点的抗震设计

通过学习现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)关于抗震节点设计的条文,总结出了钢结构房屋梁柱刚性连接节点设计的几个要点,针对具体梁端消弱式节点和梁端加强式节点,提出了相应的构造措施和应用特点.     

钢框架结构连续倒塌的能量流

给出多层建筑物基于能量的连续倒塌评估方法,从能量流的角度分析钢框架结构的连续倒塌。该文引入基于能量的构件评估方法,并与传统的荷载-变形方法进行比较;讨论了能量流分析法在解释地震事件中的优势。从整体看来,只有当动能通过结构全部耗散时,建筑物才不会倒塌,达到稳态构型。否则,残余动能会导致结构继续倒塌。传统建筑物中,动能通过转化为结构构件的变形能而耗散,构件在失稳前能够消耗一定的能量。与地震作用相比,动力荷载作用下柱的变形能能够更好地作为稳定性指标。能量流分析法可用于典型钢结构的倒塌评估。     

对减轻钢结构逐步破坏的改造方法的效应评估

根据GSA和DoD为预防结构逐步破坏而制订的规范中所推荐的APM方法,对提高重力荷载下,钢结构抗弯能力的三种改造方法的有效性进行了分析。主要采用的是三维非线性动力分析法。分析模型为6×3跨的18层钢结构,这个结构曾由于底层突然移除一根柱而遭受到破坏。对跨长为5,6,7·5,9m的4个建筑进行了分析。分别采用三种方法改造结构并对其进行了评估,即增加梁的强度、增加梁的刚度以及同时增加梁的强度与刚度。通过分析改造后梁的转角、约束力和位移延性这三个性能指标的增强效应,来评估相应改造方法的有效性。     

采用优化方法进行钢框架抗连续倒塌设计

采用结构优化方法设计钢框架,提高其对临界柱突然拆除而引起的连续倒塌的抵抗性能。利用美国UFC规范抗连续倒塌设计中建议的线性静力、非线性静力或非线性动力分析方法,采用构件拆除法获得结构抗连续倒塌性能。以某9层3跨规则钢框架平面模型为例,优化构件尺寸使总用钢量最小,并满足AISC抗震规范和UFC规范抗连续倒塌的要求。结果表明:无论采用哪种分析方法,最小用钢量抗震设计都不能明确考虑连续倒塌且不能满足构件拆除法的要求。采用线性静力方法进行抗连续倒塌设计最保守,效果最差。相比而言,若以UFC抗连续倒塌允许值为标准,只要模型和计算过程正确,非线性静力和动力分析能使设计更经济。     

钢结构梁柱刚性节点抗震设计探讨

钢框架梁柱刚性连接节点是强震作用下的主要破坏位置,总结了梁端削弱式和加强式节点的应用特点,指出梁端加强式节点方案在实际应用时,由于加强梁端截面,在强柱弱梁抗震设计时,为满足规范相关计算要求,一般会造成柱截面加大或节点域腹板加厚。基于工程实践,提出相关的设计建议。     

扣件式钢管高大模板支架抗连续倒塌分析

为研究扣件式钢管高大模板支架的抗连续倒塌性能,采用软件ANSYS建立有限元模型,通过撤除不同位置的立杆对高大模板支架的受力性能进行分析,比较了不设置剪刀撑、仅在横向设置剪刀撑及横向和纵向均设置剪刀撑的高大模板支架抗连续倒塌能力。结果表明:在正常使用荷载作用下,安装质量保证的扣件式钢管高大模板支架不会发生连续倒塌;杆件撤除后,其承担的荷载主要由周围的杆件承担;撤除角杆造成的最大需求能力比R_(DC)最大,撤除中杆造成的最大需求能力比R_(DC)最小;剪刀撑能够改变立杆竖向荷载的传递路径,并分担部分竖向荷载,使得立杆的轴力不会同时达到其承载力,避免高大模板支架发生连续倒塌。     

Developing a Smart Structure Using Integrated Subspace‐Based Damage Detection and Semi‐Active Control

Damage detection in large building structures has always faced challenges due to analyzing the large amount of measured data. In this article, a new damage detection approach based on subspace method is proposed to identify damages using limited output data. Also, a new scheme is presented to develop a smart structure by integrating structural health monitoring with semi‐active control strategy. If damage occurs in such a structure under severe excitations, the proposed scheme has the capability to exert necessary control forces in order to compensate for damage and reduce simultaneously the dynamic response of the structure. The reliability and feasibility of the proposed method are demonstrated by implementing the technique to two shear building structures with semi‐active control devices. Results show that the damage could be identified accurately with saving time and cost due to less computation even under noise existence; and dynamic response is significantly reduced in the smart structure.     

螺栓T型连接部分约束钢框架的非比例倒塌性能分析

现行设计规范规程要求对某些特定建筑物进行非比例倒塌性能分析。该分析采用一种使承重单元退出工作的分析方法实现。然而最近的研究集中在刚性连接节点钢框架的强度及其在承重单元局部破坏下维持整体性的能力,很少有对部分约束弱连接节点钢框架强度的研究。通过螺栓T型连接结构承重柱的破坏分析,研究部分约束钢框架的性能。提出了一个螺栓T型连接的宏模型,该模型用于非线性分析,并用试验结果对模型分析结果进行验证。将宏模型用于非线性有限元模型的建立,评估部分约束框架性能。研究了2个T型连接,其中一个试件的梁弯矩能力达到承载能力。研究目的是模拟不同跨度的典型办公楼楼层。结果表明:强连接的框架在底层柱破坏后还能维持整体性不至于倒塌,而弱连接的强度则不如强连接的。     

刚性钢框架焊接梁柱连接的损伤累积破坏机理

采用考虑损伤累积的有限元本构模型,分析了焊接刚性钢框架梁柱连接在循环荷载作用下的受力性能和破坏机理,研究了梁柱连接中的损伤发展和分布,以及材料损伤对梁柱连接受力性能的影响。计算结果表明,在地震荷载作用下,遗留在结构上的焊接衬板造成了比较严重的应力集中和三向拉应力状态,使梁翼缘对接焊缝的损伤发展很快,影响了节点的变形能力。移去焊接衬板,可以有效地改善梁柱连接的受力性能,提高其延性和耗能能力。     

局部构造对钢框架梁-柱刚性节点性能的影响

对焊接孔尺寸变化的钢框架梁 柱刚性节点进行了空间非线性有限元分析。结果表明 ,焊接孔长度的扩大显著地降低了梁 柱连接面处对接焊缝和焊接孔切角端开裂以及翼缘脆性破坏的可能性 ,但过长的焊接孔也会导致梁翼缘侧向稳定的丧失。焊接孔高度的降低只有利于目前常用的焊接孔长度较短的“标准型”节点。     

弹簧阻尼支座对体育场钢结构抗连续倒塌的减振分析

阐述了弹簧阻尼支座减振原理,给出了其构造形式,介绍了拆除构件法中采用非线性动力分析方法的计算原理,以第三届亚洲青年运动会体育场钢结构屋盖作为研究对象,对拉杆系统连续失效情况下结构的响应进行分析,研究弹簧阻尼支座对结构抗连续倒塌性能的影响。结果表明:体育场钢结构屋盖的抗连续倒塌能力良好,拉杆系统连续失效结构悬挑端最大竖向位移为387 mm,挠度为1/90,不会导致结构整体倒塌; 构件拆除后,结构立即进入运动状态,结构动能、应变能、悬挑端竖向位移、支座腹杆应力均在拆除瞬间陡增,达到峰值后逐步减小,并随时间增加反复振荡,最后趋于稳定,结构重新达到稳定平衡; 采用非线性动力方法计算的悬挑端竖向位移、关键杆件应力略大于静力分析方法,偏于安全; 弹簧阻尼支座能有效减小结构动力响应,提高结构防连续倒塌能力,其减振效果受弹簧和阻尼共同影响; 当结构采用了弹簧阻尼支座等消能部件时,对结构进行抗连续倒塌分析时应采用非线性动力分析方法考虑消能部件的有利影响。     

考虑损伤累积效应的拱形立体桁架结构倒塌分析

以实际工程为背景,通过ABAQUS损伤材料子程序对拱形立体桁架结构进行连续倒塌分析,考虑了杆件失稳的影响,研究了该类结构在强震作用下的倒塌破坏机理和破坏模式。结果表明,强震作用下,拱形立体桁架结构杆件损伤不断累积,刚度逐渐退化,最终失效退出工作。损伤累积效应使杆件应力减小,应变增大,同时节点位移幅值增大。在地震波作用下,中间主桁架柱腹杆最先失效退出工作,随后失效区域沿主桁架平面外方向扩展并由柱脚发展至结构顶部。地震作用结束后,主桁架1/4跨度处腹杆以及部分长细比较大的柱腹杆发生失稳破坏。考虑杆件失稳的影响,将导致部分杆件提前失效,但对整个结构的破坏模式影响不大。     

钢框架结构连续倒塌分析中荷载动力系数的研究

通过对单自由度体系在支座失效后质点动位移的理论分析,得到两跨连续梁在中间支座失效后的动力放大系数。运用ANSYS有限元分析软件,对具有相同结构平面布置的3层、6层和10层的多层框架,分别以边跨中柱和中间跨中柱失效作为初始破坏,进行了动力非线性分析和静力非线性分析,分别以失效柱顶部节点竖向位移、失效柱相邻柱的轴力为控制指标,得到静力非线性分析方法中动力增大系数的合理取值。比较结果显示：采用静力分析方法对结构抗连续倒塌的能力进行评估时,动力增大系数取2.0时较为保守,取1.6～1.8时能较好地与动力分析的峰值吻合。     

多高层房屋钢结构梁柱刚性节点的设计建议

通过学习现行《建筑抗震设计规范》(GB 5 0 0 1 1— 2 0 0 1 )关于抗震节点设计的条文 ,总结出了在多层和高层钢结构房屋梁 柱刚性连接节点设计中需掌握的几个要点 ,包括 :连接设计的正确方法、为确保梁端塑性铰的形成需采取的构造措施等 ,对规范中存在的问题进行了分析 ,提出了节点设计工作中的几点建议