单层体外预应力钢筋混凝土框架抗倒塌试验研究

通过两榀单层双跨体外预应力钢筋混凝土框架结构试验研究,分析中柱失效后结构体系的抗倒塌性能。对试验模型框架受力过程进行分析,建立基于结构变形的体外预应力筋应力变化分析方法,推导出体外预应力钢筋混凝土框架倒塌破坏的极限荷载简化计算公式。研究结果表明:中柱失效后,体外预应力钢筋混凝土框架的连续倒塌过程分为4个阶段即弹性阶段、弹塑性阶段、受压混凝土破坏阶段和悬链线作用阶段,结构主要通过压拱机制和悬链线机制进行内力重分配;悬链线机制提供的抗力由侧向约束的刚度和强度决定,当柱对梁提供的水平约束不足时,框架的倒塌抗力随竖向位移的增大而不断下降;体外预应力筋可提高框架的开裂荷载、压拱作用阶段的峰值荷载以及悬链线作用阶段的极限荷载;采用所提出的公式所得计算结果与试验结果较吻合,可用来预估体外预应力钢筋混凝土框架考虑悬链线作用的极限承载力。     

预压装配式预应力混凝土框架抗连续倒塌数值分析

文章通过对预压装配式预应力混凝土框架的拉结强度设计分析和拆除构件法设计模拟,研究了预压装配式框架在6种工况下拆除失效柱后,剩余结构的抗倒塌能力和抗连续倒塌机制。分析结果表明:预压装配式框架除顶层边柱外,其余剩余结构的稳定性较好,抗倒塌能力很强;由于预应力筋的存在,边柱破坏时,在小变形范围内,框架梁以梁机制提供抗连续倒塌能力,在大变形范围内,框架梁在此阶段不能以悬链线机制提供抗连续倒塌能力;中柱破坏时,框架梁均可通过梁机制或悬链线机制提供抗连续倒塌能力。     

钢管混凝土框架穿心节点连续倒塌数值模拟

为了研究穿心节点形式对钢管混凝土柱—钢梁连续倒塌的影响及不同参数下的力学性能,利用ANSYS有限元软件,采用非线性静力方法对2层2跨的穿心节点平面钢管混凝土框架进行抗连续倒塌性能研究,主要研究在中柱失效后框架的剩余结构在内力重分布过程中的受力特性、传力机制,并着重分析不同的节点连接形式对平面框架抗连续倒塌性能的作用,探讨了钢梁截面高度等重要参数对关键柱破坏后框架抗连续倒塌性能的影响。结果表明,穿心节点平面框架的抗拉性能优于不穿心节点平面框架的,在结构体系中能更充分发挥"悬索作用"阶段结构体系的性能;增大框架钢梁截面高度能显著提高结构在过渡阶段和悬索阶段的性能。     

梁上部钢筋跨中布置方式对结构连续倒塌影响分析

为研究梁上部钢筋跨中布置方式对钢筋混凝土框架结构连续倒塌机制的影响,设计了2个一层四跨梁柱子结构模型,梁上部钢筋分别按跨中截断与通长进行布置,并对结构连续倒塌过程进行有限元分析。通过比较竖向荷载、梁内部轴力、梁关键截面钢筋应力随结构竖向变形所产生的变化,得到梁上部钢筋跨中布置方式对结构连续倒塌机制的影响规律。结果表明,布置方式对梁机制作用前期抗倒塌能力影响较小,对后期压拱效应及悬链线机制影响较大,通长布置结构提前进入悬链线作用阶段;按经典塑性理论计算的塑性峰值荷载较实际的偏小;通长布置结构的最终承载力比截断布置的提高了18.2%,通长布置可增强结构抗连续倒塌性能。     

竖向不规则基础隔震结构抗连续倒塌机制研究

为了研究竖向不规则基础隔震结构抗连续倒塌性能,文章建立典型的收进式竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构有限元模型,以备用荷载路径法为基础,采用竖向静力非线性Pushdown方法进行了分析,通过对备用荷载路径内力变化分析,研究了剩余结构抗连续倒塌性能。研究表明:除了角柱和角支座外,其他底层框架柱和隔震支座失效后其备用荷载路径均会经历梁机制、机制转换及悬链线机制3个阶段;隔震层较小的侧向约束,导致隔震支座失效后其备用荷载路径的悬链线机制难以充分发挥抗倒塌作用;初始失效位置的不同也会导致剩余结构抗连续倒塌性能的差异,对于结构中位置较为特殊的构件应予以专门设计和分析。     

梁顶部钢筋布置对结构抗连续倒塌性能影响的试验研究

为探究梁跨中位置顶部钢筋布置方式对RC框架结构抗连续倒塌性能影响,设计并制作了两榀一层四跨的梁柱子结构失效柱模型,梁顶部钢筋分别按截断与通长两种方式布置,采用电液伺服作动器在失效柱上方施加持续增大的竖向荷载,对子结构进行拟静力抗连续倒塌试验。依据失效柱竖向位移荷载曲线及关键梁截面钢筋应变发展变化,得到梁跨中顶部钢筋布置方式影响结构抗连续倒塌性能规律。结果表明,结构依靠梁机制和悬链线机制作用来提供结构抗力,布置方式对前期的梁机制几乎不产生影响,对后期悬链线机制作用阶段影响较明显,通长布置的结构悬链线机制峰值抗力更大,且进入悬链线受拉阶段更加提前。     

钢框架结构抗连续性倒塌性能试验研究

为了研究钢框架结构在中柱失效工况下的抗连续性倒塌性能,进行缩尺比为1∶3的单层三维钢框架结构准静态连续性倒塌试验.采用备用荷载路径法,对中柱施加竖向集中荷载直至结构体系发生钢材断裂等严重破坏,以模拟结构的倒塌过程.观测结构失效模式以及分析中柱竖向位移与所施加集中荷载的关系,研究结构体系的抗连续性倒塌性能.利用试验数据探讨2种抗连续性倒塌力学机制,即弯曲效应和悬链线效应对钢框架结构鲁棒性的贡献.试验结果表明,结构体系表现出良好的延性和较高的承载力,在中柱突然失效的情况下并没有发生连续性倒塌的风险.在加载初期,弯曲效应是结构抵抗连续性倒塌的主要力学机制;尽管随着中柱竖向位移的增大,悬链线效应对结构竖向抗力的贡献逐渐增大,并在加载后期超越弯曲效应,成为主要的抗连续性倒塌力学机制,但是弯曲效应对结构的抗倒塌能力的贡献始终显著.此外,梁柱节点形式对弯曲效应和悬链线效应的发展具有决定性作用.     

贯通隔板全螺栓节点抗连续倒塌分析

以钢管混凝土隔板贯通式全螺栓节点为研究对象,设计了一个三柱两跨式平面框架结构,采用静力加载的方式模拟结构倒塌的全过程,考察节点的受力变形、抗力机制、破坏现象和应变发展.建立ABAQUS有限元模型对结构失效模式进行受力分析.试验和有限元结果表明,倒塌全过程经历4个阶段:梁机制、混合作用、悬线作用和破坏.结构的抗倒塌能力取决于抗弯和抗拉能力,设计节点可以满足FEMA-365的转角要求,结构中的悬线作用出现在破坏阶段前.构件破坏发生在中节点H型梁下翼缘处,孔壁撕裂导致裂缝延伸至腹板使H型梁出现断裂.由于螺栓孔对翼缘的削弱,建议对螺栓连接H型钢翼缘进行构造加强,以保证连接的有效性.     

钢框架连续倒塌分析中全焊接刚性节点的组件模型

为准确反映全焊接刚性节点在钢框架结构倒塌过程中的受力状态,对其在结构大变形情况下的受力机理和分析模型进行了研究.基于对全焊接刚性节点试验的准确模拟,研究了节点在弹塑性状态下的受力机理和变形特点,并对传统的节点组件模型进行了改进;分别对采用不同节点模型的钢框架子结构进行静力和动力非线性分析,研究不同节点模型对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响.结果表明:全焊接刚性节点在弹塑性阶段以节点域的剪切变形为主;悬链线效应引起的梁内轴拉力不仅削弱节点的承载力,还降低节点的延性;改进节点组件模型能够较准确地反映钢框架结构在连续倒塌静力和动力分析时节点的弹塑性受力状态.     

十字形钢管混凝土芯柱水平受力性能研究

本文利用大型有限元软件ABQUS采用不同轴压比研究十字型钢管混凝土芯柱在水平荷载作用下的受力性能.根据已有理论基础,建立了钢管混凝土水平受力的应力-应变关系,改变轴心压力来分析不同轴压比下构件的水平受力性能.     

框架结构典型梁柱节点的抗连续倒塌性能

建立精细化有限元模型,得到了传统栓焊(WUFB)节点、盖板式(WCPF)和狗骨式(RBS)节点在连续倒塌过程中的失效过程,并从能量角度推导了3种节点的动力响应.结果表明:盖板式节点的转动刚度大、拉结能力强,梁机制和悬链线机制承载力均很高,结构的吸能能力好,抗连续倒塌性能优越;狗骨式节点的转动能力强,结构的悬链线效应和吸能能力提高,但结构的外力功增大,抗连续倒塌承载力略有降低.梁柱节点在连续倒塌工况中和地震作用下的受力状态差异大,连续倒塌工况下节点的极限转角远高于节点在地震作用下的转动能力.     

带脱空的钢管混凝土短柱受剪性能有限元分析

基于合理的材料本构模型和边界条件,考虑外钢管与核心混凝土之间的组合作用,建立带脱空的钢管混凝土(CFST)短柱在压剪受力状态下的有限元分析模型(FEM).研究脱空率、剪跨比和轴压比对试件受剪性能的影响,提出考虑脱空率及轴压比影响的带脱空钢管混凝土受剪承载力简化计算模型.结果表明:脱空削弱了CFST柱在弹塑性工作阶段的受剪性能,且降低了其抗剪承载力;随着剪跨比增加,脱空对试件在纯剪及压剪作用下的抗剪承载力影响降低;当脱空率小于0.2%时,随着轴压比的增加,试件抗剪承载力线性增长.     

带填充墙预制混凝土框架抗连续倒塌分析

填充墙对预制混凝土(PC)框架的抗连续倒塌性能有显著影响,而现阶段缺乏对应的设计方法.为了得到可靠的抗连续倒塌计算方法,针对带填充墙PC框架的抗连续倒塌特性进行数值与解析分析.根据去除中柱后的无填充墙PC框架和带填充墙PC框架3∶1缩尺试验,考虑填充墙不对称分布下的中柱偏移,引入不对称系数,建立基于填充墙等效压杆的力学模型.利用有限元法,建立填充墙不对称分布情况下的子框架数值模型,分析得到中柱位移-荷载曲线.在此基础上,将解析解与无填充墙、双填充墙PC框架结构试验以及单填充墙PC框架结构数值结果进行对比验证,结果吻合良好.通过与现有规范中的设计方法对比发现:在考虑填充墙情况下,PC框架在悬链线峰值荷载时的位移增大,现有规范中建议的中柱位移为跨度的0.2倍适用于无填充墙预制框架,对于带填充墙的预制框架则偏于保守.研究结果为填充墙PC框架抗连续倒塌计算提供依据.     

足尺钢管混凝土柱梁节点抗剪性能试验

对10个不同节点构造的足尺钢管混凝土柱-梁节点在不同轴压比下的抗剪性能进行了试验研究.在此基础上,对不同的节点域抗剪承载力计算公式进行了比较分析,并进一步讨论了节点域受剪性能的数值模拟(OpenSEES)方法.研究表明,所有的节点均表现出良好的抗剪性能;中国规范建议的节点域抗剪承载力公式有待改进;OpenSEES数值模型合理地模拟了节点域的剪力-剪切变形性能.     

套建增层预应力型钢混凝土组合框架罕遇地震下抗倒塌性能分析

目的研究罕遇地震作用下套建增层预应力型钢混凝土组合框架在不同抗震设防区和场地土下的倒塌规律,以提高套建增层组合框架结构的抗倒塌能力.方法采用IDARC平面分析程序对一榀单层单跨预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱组合框架开展滞回性能全过程分析,并与试验结果对比,验证所建数值模型的可靠性,在此基础上建立单跨多层结构形式的套建增层组合框架数值模型,并开展罕遇地震作用下弹塑性时程分析.结果随着套建增层组合框架底层柱高度的增加和增层层数的增多,底层柱损伤呈降低的趋势;同时依据套建增层组合框架底层层高和增层层数,得到了8度和7度抗震设防区下,I、II、III类场地土上套建增层组合框架的倒塌范围.结论倒塌的套建增层组合框架均表现为底层出现层间铰的倒塌机制,依据现行规范对倒塌的套建增层组合框架提高一个抗震等级后均可避免其发生倒塌破坏,可为相关工程设计提供参考.     

RC框架结构抗连续倒塌研究

为研究钢筋混凝土结构在中柱失效工况下的抗连续倒塌性能,对移除中柱后的钢筋混凝土双跨梁结构进行pushdown加载,并对试件的破坏模式及承载能力进行观测。试验结果表明:中柱失效的钢筋混凝土双跨梁结构的压拱效应和悬链线效应可以抵抗连续倒塌的发生。采用有限元软件DIANA建模对试验结果进行了数值模拟分析,证明了数值模型的合理性。基于可靠的有限元模拟进行拓展参数分析,结果表明混凝土强度增加及跨高比减小有利于提高压拱效应的影响,配筋率的增大则降低压拱效应的影响。采用现有经典公式对第一峰值荷载进行分析,理论分析结果表明:Park模型的计算结果与有限元模拟结果较为接近,进一步证明了有限元模拟的可靠性。     

ECC/RC键槽节点装配整体式梁柱结构 倒塌性能试验研究

为了研究键槽连接节点装配整体式梁柱结构倒塌性能以及不同后浇混凝土对其性能的影响,完成了2榀单层两跨梁柱结构的移柱静力加载试验,其分别在节点键槽处后浇普通C30混凝土、高延性ECC混凝土.试验获取了构件力-位移曲线、破坏形态以及变形性能等试验数据.研究结果表明:键槽连接节点梁柱结构在满足常规抗震荷载要求下,变形过程中能较好地形成梁机制、压拱机制以及悬索机制,是一种较好的装配式结构可采取的抗倒塌节点形式.依靠ECC高延性、高极限压应变等优越的材料性能,ECC键槽节点梁柱结构能表现出更高的承载能力以及更好的节点延性.钢筋与混凝土之间的局部不均匀相对滑移有利于结构发展大变形,提高结构的抗倒塌性能.     

外环式空间钢管混凝土柱-钢梁节点受剪性能

为了探讨空间钢管混凝土柱-钢梁环板节点的受剪性能,基于ABAQUS建立圆形和方形空间环板节点在3种不同梁端加载方式下的有限元模型,分别对节点域的剪力-梁端位移曲线进行分析.在此基础上,选取4个影响节点域抗剪的参数进行分析,以此来明晰空间钢管混凝土节点的受剪机理.结果表明:平面内-平面外梁端依次加载为节点域受剪的最不利加载方式,钢梁强度、柱混凝土强度、柱钢管强度对节点域抗剪起着有利作用,轴压比在一定范围内对抗剪有利,超过这个范围反而不利.     

巨型钢管混凝土柱共同工作性能数值分析

为研究超高层建筑结构中大型转换梁(或转换桁架)与巨型钢管混凝土柱连接处超大截面矩形钢管混凝土柱中钢管与核心混凝土的共同工作性能,针对本文提出的节点内直接设置分配梁的构造,本文采用ABAQUS软件对三种不同构造措施的四个超大截面矩形钢管混凝土柱1:5缩尺模型的轴压试件进行了非线性有限元分析。结果表明,有限元分析得到的轴压荷载-位移曲线、混凝土工作承担系数曲线和破坏模态均与试验吻合良好,验证了有限元模型的有效性。在此基础上,通过有限元分析考察了分配梁刚度和管壁宽厚比对仅设置分配梁和分配梁加环板两种构造的超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能的影响。分析表明：管壁宽厚比对超大截面矩形钢管混凝土柱钢-混凝土共同工作性能影响较小;增大分配梁的刚度,可以较大地改善钢-混凝土的共同工作性能。     

高强方钢管高强混凝土轴压短柱力学性能的有限元分析

目的对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析,研究其力学性能,以提高构件极限承载力.方法合理选取高强钢材与高强混凝土材料的本构关系,采用有限元分析软件ABAQUS建立了16根高强方钢管高强混凝土轴压短柱有限元分析模型,对混凝土与钢管受力情况及构件破坏过程进行分析.结果高强方钢管高强混凝土轴压短柱受力过程主要分为4个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、下降阶段、平缓阶段.提高钢管的屈服强度,构件的承载力增大,而延性变化不大;提高混凝土抗压强度,构件初始刚度变化不大,承载力增大,延性变差;增大构件含钢率,构件的初始刚度和承载力变大,且延性提高.结论高强方钢管高强混凝土轴压短柱充分利用了高强混凝土抗压与高强钢材抗拉的材性特点,其相互组合作用使构件极限承载力有了显著的提高.