混凝土梁侧锚固钢板受压屈曲特性的数值模拟

采用ABAQUS软件进行参数分析,研究了梁侧锚固钢板加固混凝土梁中钢板屈曲特性受不同屈曲限制措施的影响及其变化规律.结果表明:受压钢板屈曲特性对初始几何缺陷不敏感;增大钢板厚度能提高试件屈曲承载力;减小钢板受压区螺栓间距和配置截面更大的纵向加劲肋不仅能有效提高屈曲承载力,还能有效约束侧向起拱;配置横向加劲肋对提高屈曲承载力无明显效果;纵向加劲肋对屈曲承载力的加强效果可分解为加劲肋自身屈服承载力及其对受压钢板的屈曲约束两部分,并可通过拟合公式较准确地进行计算.     

梁侧锚固钢板法中钢板受压屈曲特性试验研究

通过对8个钢板局部屈曲受压试件进行轴压及偏压试验,观测了梁侧锚固钢板加固钢筋混凝土梁(BSP梁)中梁侧锚固钢板在不均匀压应力场下的局部屈曲模态,研究了钢板屈曲应力场分布、屈曲承载力、竖向变形能力及屈曲起拱高度随不同螺栓间距、钢板厚度及纵横向加劲肋配置方式的改变规律.试验结果表明:梁侧锚固钢板的屈曲承载力随螺栓间距的减小及钢板厚度的增加而增大,采用减小螺栓间距为更经济有效的方法;配置纵向加劲肋能更有效地改善钢板的屈曲承载力,改善效果随加劲肋截面尺寸的增大而提高;在纵向加劲肋的基础上再配置横向加劲肋对改善抗屈曲性能无明显效果.     

冷弯型钢夹支薄板剪力墙在竖向荷载作用下抗火性能分析

为了得到冷弯型钢夹支薄板剪力墙的抗火性能,利用有限元软件ABAQUS建立7个夹支薄板剪力墙模型,分析了火灾下剪力墙的温度分布、轴压比、冷弯型钢边柱厚度和竖向加劲肋对墙体抗火性能的影响。研究表明,受火2h时,内嵌钢板温度为墙体最高受火温度的80％,边柱与竖向加劲肋背火面帽形截面腹板处的温度为受火面相应位置温度的1/4。随着轴压比的增大,墙体在火灾下的破坏位置上移,并由整体屈曲向局部屈曲转变。边柱壁厚对墙体的破坏形态与耐火极限有较大影响,建议选取边柱壁厚不小于2.5mm;有加劲肋的墙体可以利用加劲肋平衡钢板;过早屈曲所导致的不均匀拉力,对墙体在遭受火灾时产生的破坏具有一定的延缓作用。墙体发生弯曲的方向与边柱的承载能力有关,墙体发生弯曲时,边柱帽形截面的帽檐首先发生较大屈曲变形,随后全截面发生屈服。     

Q420钢U肋加劲板轴压承载性能试验研究

对4个缩尺比1∶2的Q420钢U肋加劲板进行轴压承载性能试验,分析U肋加劲板极限承载力、破坏形式以及破坏机理。结果表明：4个U肋加劲板极限承载力均达到全截面屈服承载力;受压U肋加劲板的破坏形式分为局部屈曲、整体屈曲和合成屈曲破坏3种;极限状态下,受压U肋加劲板在达到极限承载力前发生局部屈曲,最后发生整体屈曲导致板件破坏;通过板件柔度确定的最易发生屈曲的板件位置与实际破坏位置基本一致,说明板件柔度能够预测U肋加劲板在极限状态下的破坏位置。     

不同形式的槽钢加劲钢板剪力墙滞回性能研究

钢板剪力墙是一种具有良好的延性、抗侧刚度和耗能能力的新型抗侧力结构,非常适用于高烈度地区建筑,通常采用加劲的方法以改善钢板墙的性能.为了对比不同槽钢加劲形式、框-板连接形式对钢板剪力墙滞回性能的影响,建立了非线性有限元模型进行分析,以预测加劲钢板剪力墙的抗震性能和破坏行为.通过建立11个双层单跨的加劲钢板剪力墙模型,包括竖向加劲、斜向加劲、单侧开洞、两边连接等情况,对其承载能力、耗能能力、退化特性、延性和破坏特征等问题进行了对比分析.结果表明,加劲肋能有效改善钢板剪力墙的滞回曲线"捏缩"现象,不同程度地提高钢板剪力墙的承载能力和抗侧刚度,其中斜向布置加劲肋能明显地提高结构抗侧刚度和承载能力,并在墙板屈曲后维持较高的刚度;而竖向加劲形式对结构的刚度和承载力提高较小,墙板受力更加均匀.两边连接形式的钢板剪力墙能有效避免对框架柱的附加弯矩,并可很好地与加劲钢板协同工作,结构具有较好的稳定性和耗能能力.当墙板跨高比较大时,采用小区格的交叉加劲形式有更好的效果,对角加劲形式在屈曲后对框架柱有较大的附加作用,因此设计时应增大柱截面或考虑进一步减小板厚,避免框架柱过早发生局部屈曲进而导致结构承载力下降.     

设置耗能壁板的新型箱形钢墩柱轴压性能数值分析

为探讨设置低屈服点加劲耗能壁板对箱形钢墩柱受力性能的影响机理,采用有限元法对3类设置加劲耗能壁板的新型箱形钢墩柱轴压性能进行数值分析,并探讨设置加劲耗能壁板对箱形钢墩柱的荷载-位移曲线、位移延性系数及承载能力的影响规律.结果表明:耗能壁板高度及宽度对箱形钢墩柱的承载能力和延性影响较大;构件承载能力随耗能壁板高度增大而增大,但随耗能壁板宽度增大而减小;构件延性随耗能壁板高度及宽度增大而增大;加劲肋的厚度、宽度及设置数量均对箱形钢墩柱的承载能力和延性有一定影响.     

薄壁带肋方型截面钢桥墩抗震性能的拟静力试验研究

制作5根薄壁带肋方型截面钢桥墩试件,采用MTS伺服加载系统进行此类试件的拟静力试验,研究不同横向加劲肋间距和混凝土填充率对薄壁带肋方型截面钢桥墩抗震性能的影响.通过对试件破坏过程、荷载位移滞回曲线和骨架曲线等试验结果的分析得到:随着底部塑性铰区域横向加劲肋间距的减小,试验采用的钢桥墩试件的承载力和刚度有所提高;其它相同条件下,随着混凝土填充率的增加,管内混凝土对外围薄壁钢管发生局部屈曲的约束作用逐渐增大,桥墩的水平承载力、耗能能力、结构刚度、极限位移和位移延性系数等抗震性能指标也都随之提高.     

十字加劲放置形式对钢板剪力墙性能的影响

为研究十字加劲的放置形式对钢板剪力墙结构抗震性能的影响,采用试验和数值模拟的方法对三组单跨两层的平齐端板连接框架-钢板剪力墙结构进行了滞回性能分析,内嵌钢板的形式分别为无加劲、纵横放置十字加劲和对角斜向放置十字加劲钢板墙.对比分析了在低周往复荷载作用下三种不同加劲形式钢板剪力墙的破坏模式,滞回性能、延性、承载能力和耗能等整体性能,以及墙板变形模式、拉力带发育度等墙板局部性能.结果表明:加劲肋的设置减轻了结构滞回曲线的捏缩程度,推后并降低了墙板由呼吸效应产生的噪声和震颤,提升了钢板墙的使用性能.对角斜向放置加劲试件屈服承载力较其余两试件更高,但极限承载力、最终耗能和延性均劣于纵横放置加劲试件.由于放置方向的变化,对角加劲肋破坏较纵横加劲肋更早,肋板较早退出工作,使得对角加劲试件最终退化为无加劲试件,设计时应予以注意.     

冷弯加劲高强方钢管柱受力性能及经济性分析

工程中常采用在截面上布置加劲肋的方法来增强构件的稳定性能。为研究冷弯加劲对高强钢管柱受力性能的影响，评估加劲高强钢管柱的经济性。采用有限元ABAQUS软件，建立了冷弯加劲钢管柱轴心受压分析模型。通过考察加劲形状、加劲个数、加劲间距及加劲大小对Q355钢管柱受力性能的影响，确定最优截面形式，进而分析在极限承载力相当时，高强Q690冷弯加劲钢管柱比普通Q355钢管柱用钢量的节约程度。结果表明，设置冷弯加劲可以明显地提升钢管柱轴心受压承载力，冷弯加劲对钢管柱承载力的提高作用随着加劲个数的增加基本保持不变。采用单个半圆弧加劲时，对构件承载力的增强作用便可达到良好的效果。冷弯加劲之间的距离对构件的稳定承载能力基本没有影响。加劲圆弧半径建议取板件厚度的2倍。承载力相当时，冷弯加劲Q690钢管柱的用钢量比Q355钢管柱节省35%左右。     

核电站双钢板混凝土剪力墙抗剪强度研究

以核电站屏蔽厂房剪力墙为原型,对含栓钉和加劲肋的双钢板混凝土组合剪力墙进行低周往复加载抗剪试验研究.试件包含3个1︰4缩尺模型,变化参数为栓钉间距与加劲肋,分析了试件的破坏特征、承载力以及耗能情况.试验研究发现:组合墙体整体受力性能良好,具有较强的抗剪性能.通过设置加劲肋,能有效提高墙体承载能力、刚度和延性.在试验基础上进行了有限元数值模拟与参数研究,研究了混凝土强度、钢板厚度、轴压力和加劲肋设置对抗剪强度的影响程度,并初步建立了核电站双钢板剪力墙抗剪强度计算公式,为核电安全壳设计理论的建立打下了基础.     

装配式钢框架-泡沫混凝土墙板结构力学性能

针对以往组合墙板自重大、刚度低、施工复杂等缺点,提出一种新的组合墙板——装配式钢框架-泡沫混凝土墙板。该墙板内填聚苯乙烯泡沫(expanded polystyrene, EPS)混凝土能与外部钢框架协同受荷,整体刚度及水平承载力高,自重低,同时又具有节能保温、施工操作简便等特点。为了探究组合墙板在单调侧向力作用下的受力变形,通过足尺模型实验和有限元模拟的方法,分析对比了纯钢框架与组合墙板的受荷响应及破坏模式。结果表明,组合墙板的破坏形式为脆性破坏,其极限抗侧承载力约为纯钢框架的3倍,当EPS混凝土板厚与梁柱翼缘宽度相等时承载力最高。     

帽形加劲复杂卷边槽钢柱的稳定性能

为进一步了解帽形加劲复杂卷边槽钢柱的受力性能,利用ANSYS有限元分析软件对帽形加劲复杂卷边槽钢柱在轴压和偏压状态下的稳定性能进行分析.研究了立柱长度、板件宽厚比、截面类型以及偏心距对帽形加劲复杂卷边槽钢柱的稳定承载力、破坏模式及变形等性能的影响.研究结果表明: 在板件厚度不变时,C2截面构件的承载效率相比C1截面构件提高了10%~20%,C3截面构件相比C1截面构件提高了40%~50%.腹板帽形加劲复杂卷边槽钢柱的承载力最大发生在负偏心一侧,而腹板及翼缘帽形加劲复杂卷边槽钢柱在正偏心处承载力最大.     

钢管-纤维增强水泥基符合材料混凝土叠合柱轴压性能

为了研究构造参数对钢管-超高延性纤维增强水泥基材料(engineered cementitious composites,ECC)混凝土叠合柱的轴压力学性能的影响规律,采用数值模拟方法对比分析了长细比、截面形式、钢管壁厚、纵筋直径以及配箍率对极限承载力、破坏模式和荷载-位移曲线的影响,研究不同参数的影响规律.研究结果表明:通常采用ECC混凝土替代外包普通混凝土能有效提高叠合柱的承载能力,同时能极大改善试件的延性;相同截面含钢率条件下,采用圆截面钢管的构件约束效应较好;钢管厚度与构件长细比是影响钢管-ECC混凝土叠合柱承载能力的重要参数;外包纵筋直径与箍筋间距变化对试件承载力具有提高作用;随着钢管厚度、纵筋直径的增加及构件长细比的减小,单轴荷载作用下叠合柱的承载力得到提高.     

内置柱间支撑泡沫混凝土墙板抗侧性能研究

基于柱间支撑和泡沫混凝土的优点,提出了一种可用于结构受力的内置柱间支撑泡沫混凝土墙板。为研究该类墙板的抗侧性能,采用通用有限元分析软件建立了该类墙板的数值分析模型,通过对比分析,验证了有限元分析模型参数选取的有效性。在此基础上,分析了该类墙板的泡沫混凝土强度、钢材材质、支撑截面厚度等参数变化对结构抗侧性能的影响。采用叠加原理,推导了该类墙板的抗侧刚度和抗剪承载力计算公式,并与有限元分析结果进行了比较。研究结果表明：该墙板具有较大的水平抗侧刚度,能极大的改善钢框架结构的抗侧性能,其抗侧刚度和抗剪承载力近似计算方法具有较高的计算精度,可适用于该类墙板的工程应用。     

多层钢框架半刚性端板连接的试验研究

为研究钢结构梁柱端板连接的刚度和承载力特性,对8个不同构造的多层钢框架梁柱端板连接进行了试验研究,分析了端板厚度、螺栓直径、端板加劲肋、柱腹板加劲肋、平齐式和外伸式等因素对节点承载力、转动刚度和极限转动能力的影响。试验结果表明:实际工程中采用的很多端板连接大多属于半刚性连接,在荷载作用下,节点发生明显的转动变形。该文根据试验结果,对端板连接节点提出了设计建议。     

玻璃幕墙中铝合金立柱螺钉连接节点抗拉性能试验

为研究玻璃幕墙中铝合金立柱螺钉连接节点的受力性能,通过一套自主设计的加载装置进行了20个连接件的单钉抗拉连接静力试验,分析了立柱和螺钉的3种典型破坏模式以及螺钉种类、螺杆直径、螺钉螺距和腐蚀条件等因素对连接件承载性能的影响,根据试验结果拟合出了铝合金立柱螺钉连接的极限抗拉承载力的计算公式。研究结果表明:铝合金立柱螺钉立柱连接节点的典型荷载-位移曲线上升段可分为弹性、强化、滑移3个阶段,可将强化阶段的强化极限点作为工程设计破坏阶段之用;在相近直径系列试件中,盘头螺钉的延性系数和极限刚度普遍大于自攻螺钉;螺钉类型、螺杆直径和腐蚀条件对节点的极限承载力和刚度影响最为显著,试件极限承载力随螺杆直径的增长而呈增大趋势,自攻螺钉试件的极限承载力大于盘头螺钉,而当自攻螺钉公称直径超过立柱型材局部厚度后,相对于盘头螺钉表现出承载力大幅下降的试验现象;通过回归分析得到的极限抗拉承载力计算公式与试验值比较,两者吻合良好。     

端部设肋方钢管混凝土柱抗震构造措施及塑性铰

为深入分析端部带肋方钢管混凝土柱的抗震构造措施及柱端部塑性铰形成机制,通过建立三维实体有限元模型并与试验结果验证,有限元结果与试验结果符合较好,在此基础之上进一步建立30个足尺模型,分析轴压比、含肋率以及加劲肋高度等参数对柱的承载力、延性、塑性耗能的影响,提出了不同轴压比下柱的合理含肋率和加劲肋高度等抗震构造措施以及塑...     

新型方钢管柱内套筒装配连接力学性能

针对方钢管柱内套筒装配式节点存在的问题,提出一种新型方钢管柱内套筒装配连接形式,将柱拼接位置上移至梁柱节点核心区上方,为梁柱节点高强螺栓安装提供了空间,同时保证了节点域的连续性。改变内套筒厚度、内套筒长度、对拉螺栓间距及端板厚度等构造参数建立一系列有限元模型,采用ANSYS非线性计算对该新型连接的滞回性能、耗能能力等进行分析。结果表明:该新型连接具有较好的延性和耗能能力,各构造参数变化对其受力性能产生不同的影响。增大内套筒厚度可以提高节点极限承载力和耗能能力,当内套筒厚度大于柱壁厚度2 mm时,节点力学性能提升较明显;适当增加对拉螺栓间距可以改善节点受力;增大内套筒长度,节点刚度、延性和耗能能力均会下降,因此在满足构造要求的前提下,内套筒长度宜取较小值;适当增加端板厚度,可以改善节点受力性能、延性和耗能性能,但端板过厚则不够经济。研究结论可为该新型方钢管柱内套筒装配连接设计和应用提供基础研究数据。