露出型钢柱脚低多层钢框架结构动力响应机理

针对露出型钢柱脚低多层钢框架动力响应机理不明确,首先定义考虑变动轴力影响的露出型钢柱脚滑移型滞回曲线模型;以框架形状、露出型钢柱脚强度系数为主要研究参量,建立13个低多层规则钢框架模型;通过弹塑性时程分析,研究动力响应.研究结果表明:随着露出型钢柱脚强度系数变小,各模型首层位移角增大,而第2层层间位移角减小;露出型钢柱脚强度系数≤0.6时,3层规则钢框架模型首层变形集中较大,6层规则钢框架模型最大层间位移分布较均匀;3层模型塑性变形能量主要集中于首层梁端,6层规则钢框架模型塑性变形能量向各层趋于均匀分布;露出型钢柱脚动力响应滞回曲线的形状和屈服弯矩等较好地吻合所提出的露出型钢柱脚滑移型滞回曲线模型.     

汽车撞击与爆炸复合作用下H型钢柱损伤效应分析

为研究H型钢柱在汽车撞击与爆炸复合作用下的抗冲撞与抗爆性能,本文基于非线性分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA,通过建立汽车先撞击钢柱后爆炸的全过程模型来模拟汽车撞击与爆炸的复合作用对H型钢柱的损伤破坏.本文对比分析了汽车撞击单独作用、爆炸荷载单独作用与二者复合作用3种工况下H型钢柱动态响应的差异性.同时,采用参数化分析方法,探究H型钢柱在汽车撞击与爆炸复合作用下,轴压比、长细比、钢材强度和截面类型等因素对于钢柱损伤效应的影响.结果表明:汽车撞击偏转致使前翼缘两侧位移差异显著,质心偏移一侧明显高于另一侧;爆炸冲击造成前翼缘两侧位移较为对称,整体位移相对较大.冲击波因汽车的阻挡作用发生反射与绕流现象,致使钢柱因爆炸产生的动力响应减弱.为保证H型钢柱的抗冲撞与抗爆性能,应限制其轴向压力值,若钢材强度选用Q390,则轴压比宜控制在0.4以内.若原选用钢材强度较小,适当提高强度可提升钢柱抗冲撞与抗爆性能,但不能盲目提高.改变长细比对钢柱的抗冲撞与抗爆性能影响较小.在保持柱高与总用钢量一致的前提下,圆形空心型截面钢柱的抗冲撞与抗爆性能最优,H型截面钢柱次之,方形空心型截面钢柱最差且与前两者差距较大.本文研究成果可为后续钢柱抗冲撞与抗爆防护措施的研究提供理论基础.     

外露式钢柱脚力学特性对多层钢框架动力响应机理的影响

为了研究外露式钢柱脚力学特性对多层钢框架动力响应机理的影响,首先定义外露式钢柱脚滑移型滞回曲线模型,以首层剪重比及钢柱脚强度系数等为主要研究参数,建立6个简单规则的6层钢框架模型;通过时程分析,研究各模型的动力响应。分析表明:在罕遇地震作用下,各模型各层最大层间位移角分布较均匀,外露式钢柱脚强度变化和首层剪重比提高5%等对各模型各层R值的最大值无明显影响。随模型柱脚强度系数减小及首层剪重比提高,首层塑性变形能量比例减小,而3～6层塑性变形能量比例增大;总体上塑性变形能量向各层分散。地震输入能量和结构塑性变形能量的大小与各模型的强柱系数及外露式钢柱脚强度系数等变化无关;主要取决于结构第一周期。钢柱脚滞回曲线动力响应和本文建立的外露式钢柱脚滑移型滞回曲线模型较吻合。     

车辆撞击钢结构人行天桥有限元分析

采用通用有限元软件ABAQUS建立有限元模型,对车辆撞击钢结构人行天桥钢柱进行分析.分别以一定质量的小型车辆和不同质量的大型车辆正面撞击人行天桥的钢柱,考虑不同撞击速度,得到人行天桥的应力时程、柱顶位移时程、被撞位置位移时程及柱顶最大位移与车辆速度和质量的关系.通过位移等效分析,得到了小型车辆和大型车辆撞击等效静力荷载的计算公式.最后针对钢结构人行天桥的特点,提出了可行的撞击防护措施.     

轴力作用下的约束钢柱受火性能参数分析

利用经过试验验证的有限元模型对轴力作用下约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析.分析结果包括各参数对钢柱轴力-温度关系曲线、钢柱跨中弯矩-温度关系曲线、约束钢柱破坏温度、无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差、约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差的影响等.参数分析表明:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;轴向约束减小约束钢柱的破坏温度,但是存在一个临界轴向约束刚度比,当大于该临界比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的破坏温度影响很小.     

热-力耦合作用下钢柱的动力特性分析

根据结构稳定理论导出了钢柱在热-力耦合作用下的振幅计算式,探讨了温度、柱阻尼、柱的尺寸效应、激振频率及纵向惯性力对钢柱动力性能的影响,提出了避免或减小钢柱振动的一些措施,为钢柱的动力分析与抗火设计提供了参考依据.     

考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下屈曲温度与临界温度研究

通过参数分析研究考虑动力效应的箱型截面钢柱火灾下的屈曲温度与临界温度。考虑转动约束刚度比、轴向约束刚度比、荷载比,建立约束钢柱有限元模型,并采用文献中的试验进行验证。研究结果表明,约束钢柱静力分析和显式动力分析的屈曲温度几乎一致,而由静力分析得到的临界温度略小于由显式动力分析得到的临界温度,差别在30℃以内。随着转动约束刚度比的增大,屈曲温度与临界温度均上升,并且转动约束刚度比对临界温度的影响更大。随着轴向约束刚度比和荷载比的增大,约束钢柱的屈曲温度和临界温度均出现明显下降。基于参数分析的结果,在已有文献中关于钢柱屈曲温度和临界温度计算公式的基础上,提出新的屈曲温度和临界温度计算公式,提出的计算公式预测结果与本文有限元模拟结果吻合较好,利用试验数据对提出的屈曲温度和临界温度计算公式的有效性做进一步的验证,对比结果表明提出的计算公式可以很好地预测钢柱的屈曲温度和临界温度。     

论劲性钢筋混凝土柱施工技术及措施

劲性钢筋混凝土柱与普通钢筋混凝土柱施工技术最大区别在于劲性柱内的型钢柱施工技术,即型钢柱的制作和安装,而型钢柱的制作和安装的关键又在于控制型钢柱的垂直度和轴线位移偏差.本文着重探讨了如何控制型钢柱垂直度和轴线位移的技术要点和解决措施,提高劲性柱的施工技术保证了工程质量.     

约束钢柱火灾下受力性能的参数分析

利用验证了的有限元模型对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱火灾下的受力性能进行了参数分析。 考虑的参数包括轴力荷载比,弯矩荷载比,轴向约束刚度比,转动约束刚度比, 长细比和端部弯矩比等。参数分析的结果包括各参数对钢柱的轴力－温度关系曲线和跨中截面－温度关系曲线的影响, 以及各参数对约束钢柱的 临界温度,无约束钢柱与约束钢柱临界温度之差,约束钢柱的临界温度与屈曲温度之差的影响等。 主要结论为：(1) 约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小;(2) 约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大,钢柱处于轴力和弯矩的共同作用下;(3) 轴向约束减小约束钢柱的临界温度,并且随之轴向约束刚度的增加,钢柱的临界温度逐渐减小,但 是存在一个临界轴向约束刚度比,当轴向约束刚度比大于该临界轴向约束刚度比时,轴向约束刚度比的大小对 钢柱的屈曲温度影响很小。     

轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能分析

针对轴力和弯矩共同作用下的约束钢柱受火性能进行了分析.结果包括各参数对约束钢柱轴力—温度关系曲线,跨中弯矩—温度关系曲线,约束钢柱破坏温度,无约束钢柱与约束钢柱破坏温度之差,以及约束钢柱破坏温度与屈曲温度之差等的影响.主要结论为:约束钢柱屈曲前,轴力基本线性增加,截面弯矩变化较小,约束钢柱屈曲后,截面弯矩突然增大;轴向约束减小钢柱的破坏温度,并随约束刚度的增加,钢柱的破坏温度逐渐减小,但是存在临界轴向约束刚度比,当大于该临界约束刚度比时,轴向约束刚度比的大小对钢柱的屈曲温度影响很小;随着轴向荷载比和弯矩荷载比的增加,约束钢柱的破坏温度减小;端部弯矩比对约束钢柱的破坏温度影响较小.     

核爆炸荷载作用下土埋钢油罐受力特性模型试验

为研究爆炸条件下土中钢油罐受力特性,根据模型几何相似理论,研究了地面爆炸作用下土埋钢油罐的受力特性.在核爆压力模拟器内进行了土埋钢油罐模型的爆炸压力加载试验,采用动态测量技术,得到了不同埋土表面超压下土埋钢质圆柱壳模型的动压力、动位移和动应变数据.试验表明,作用在土埋圆柱壳上的动压呈现底部动压峰值较大的特点,柱壳则为动态弯曲应力状态.其中,环向应变在底部为拉应变,侧部和顶部为压应变,纵向应变在壳体顶部和底部均为压应变,侧部为拉应变.在试验加载范围内(地面超压为0.09～0.88 MPa),应变仍在材料弹性变形范围内.     

方钢管混凝土柱界面的滑移位移

基于最小势能原理计算方钢管混凝土柱的界面滑移位移。建立方钢管混凝土柱的拉拔力学模型,利用最小势能原理在锚固长度方向建立方钢管与混凝土界面的相对滑移计算公式,求解出型钢混凝土界面的相对滑移并进行了数值计算与分析,与有关文献试验结论基本一致。方钢管与混凝土界面的相对滑移具有二次曲线分布的基本特征。研究成果可以用来描述型钢混凝土界面的相对滑移规律,对于完善钢管混凝土设计理论及进一步研究粘结-滑移本构关系具有一定意义。     

火灾下钢框架抗连续倒塌动力响应分析

为研究钢框架结构在火灾作用下的抗连续倒塌动力响应。通过ABAQUS有限元软件分别对二层四跨平面钢框架瞬间去柱动力试验以及平面钢框架火灾试验进行数值模拟。将数值模拟获取的竖向位移-时程曲线和破坏模态与试验结果对比,验证了有限元模型的准确性,获取的位移-温度曲线也验证了顺序热力耦合方法的适用性。在验证有限元模型有效性的基础上,进一步研究瞬间去柱的钢框架结构在不同受火温度下的抗连续倒塌动力响应。研究表明：不同节点的连接形式对钢框架进行瞬间去柱时,钢框架的破坏模态与结构的稳定性影响显著,当火灾高温下钢框架采用加强型节点时,框架柱更容易发生过度屈曲,从而更容易引发连续倒塌;温度越高,钢框架去柱后中柱节点的峰值位移值和稳定后的竖向位移值均有明显提升,结构动力响应越明显,结构抗连续性倒塌能力也越小。     

方钢管混凝土柱在轴压下的局部屈曲

假定方钢管混凝土柱的钢管板件在非加载边受到弹性约束,建立横向位移函数是三角函数条件下钢管壁板的局部屈曲模型.应用能量法推导轴压下钢管混凝土柱的钢管管壁的局部屈曲临界应力的计算公式.以非加载边弹性约束系数分别为2.0和∞为例进行计算.计算结果表明:核心混凝土的存在大大提高钢管管壁抵抗局部屈曲的能力.     

考虑抗震性能的低层轻钢密柱框架支撑拓扑优化

提出了一种新思路,用于得到抗震性能优良的带支撑框架。首先,对低层轻钢框架进行非线性动力时程分析,通过对结构的最大地震效应进行静力等效,获得地震作用的水平等效静荷载。其次,将水平等效荷载与竖向荷载进行组合,利用BESO（双向渐进结构优化）方法对一榀密柱框架进行支撑分布的拓扑优化,得到一种应力分布较均匀且抗震性能优良的带支撑框架。优化中,梁柱位置单元保持不变,通过单元增减的双向进化获得传力骨架,再用等截面杆件将该骨架重构成带支撑框架。同时,利用由优化结果得来的结构概念设计多种密柱框架支撑分布方案。最后,以顶点侧向位移为性能指标,通过非线性动力时程分析,比较了这些带支撑框架的抗震性能。结果表明,拓扑优化得到的带支撑框架性能优于通过结构概念得到的带支撑框架。据此,给出了低层轻钢建筑密柱框架支撑分布的设计建议。     

方钢管混凝土柱的抗震性能分析

方钢管混凝土柱的抗震性能与钢管的局部屈曲有关,柱端设置约束拉杆可以提高钢管的局部稳定,从而增强方形钢管混凝土柱抗震性能．采用三维有限元法,分析方钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下的抗侧力一位移关系,有限元分析的结果得到试验结果验证．利用有限元模型分析轴压比、钢板宽厚比,以及内填混凝土抗压强度对方钢管混凝土柱抗震性能的影响．完成柱端设置约束拉杆的方形钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下三维有限元分析,与试验结果相比较并作分析．     

及有限元参数化分析

为研究实腹式型钢混凝土(SSRC)十字形异形柱的抗震性能,对4个不同轴压比、配钢率、加载方向的SSRC十字形异形柱进行了低周反复加载试验,分析了各试件的破坏形态、滞回性能、骨架曲线、位移延性.试验结果表明:当剪跨比较大时,试件发生弯曲破坏;试件的滞回曲线比较饱满;位移延性系数均大于3,破坏位移角在1/28~1/16之间.采用ANSYS对试件进行有限元分析,考虑型钢与混凝土之间的粘结滑移,分析比较了轴压比、配钢率及加载方向三个参数对试件承载力及延性的影响,有限元分析结果与试验结果吻合较好.试验及有限元分析均表明:SSRC十字形异形柱具有良好的延性、塑性变形能力,可以应用于高抗震设防烈度区的多高层建筑中.     

空间钢框架连续倒塌拟静力试验

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到200 mm时,失效区域部分框架梁全截面受拉;当竖向位移接近250 mm时,梁柱连接节点处焊缝发生断裂。目前应用比较广泛的H型钢全焊接刚性连接节点延性不够好,在梁形成明显的悬链线效应之前即发生破坏。采用显式动力法以准静态的加载方式对试验过程进行了模拟,建议在对含有H型钢全焊接刚性连接节点的钢框架结构进行连续倒塌分析时,采用较精确的节点模型以真实反应节点的受力。     

内衬空八边形钢管的混凝土组合柱耐撞击性能

为研究内衬空八边形钢管混凝土组合柱的耐撞击性能,利用无导轨落锤式撞击试验机进行内衬八边形钢管混凝土组合柱耐撞击试验研究.试验过程中采用力传感器、高速摄像机记录撞击全过程中构件的撞击力时程曲线和跨中位移时程曲线.试验中观察边界条件、撞击能量、轴压比和圆钢管壁厚等因素对组合柱破坏形态与能量耗散的影响规律.试验结果表明:外包钢筋混凝土可与空八边形钢管和钢管混凝土相互协调,共同工作;在承受撞击荷载时,撞击高度对试件耗能能力的影响最为显著,边界条件次之,轴压比影响较弱,圆钢管壁厚影响最弱.     

装配式复合墙结构抗爆性能试验

为研究装配式复合墙结构在使用中承受动荷载作用的问题,将缩比试验模型置于核爆炸压力模拟坑中进行爆炸试验。给出2种不同接头形式的装配式复合墙结构缩比模型的4个试验结果,得到的冲击波波形曲线以及钢板（或扶壁柱）和混凝土表面的应变时程曲线,与单向厚板理论分析结果符合较好。通过观察和分析不同试验模型的动力特性以及破坏形式,验证了2种接头在设计爆炸冲击波荷载下的安全性,钢板接头模型相比扶壁柱接头模型延性更好,在冲击波的作用下的动力性能更优越。