双跨门式刚架钢结构火灾下倒塌模式

采用有限元模型对双跨门式刚架钢结构的火灾试验进行了模拟,表明有限元模型可以准确预测火灾下双跨门式刚架钢结构的倒塌行为与倒塌模式。采用经试验验证的有限元模型,对火灾下双跨门式刚架钢结构的倒塌过程进行了数值模拟,归纳出双跨门式刚架钢结构的6种典型倒塌模式,并与单跨门式刚架钢结构的倒塌模式进行了对比,说明了中柱的存在对双跨门式刚架钢结构倒塌机制的重要影响。最后,通过大量的参数分析,研究了升温工况、柱脚刚性、中柱柱顶连接形式、荷载比、防火保护、温度梯度、跨高比和柱距等因素对火灾下双跨门式刚架钢结构倒塌模式的影响。参数分析结果表明,升温工况对双跨门式刚架钢结构的倒塌模式有显著影响,柱脚刚性、中柱柱顶连接形式、荷载比、跨高比和柱距对边柱倒塌模式和整体倒塌模式有一定影响,防火保护对中柱倒塌模式有一定影响,截面温度梯度对倒塌模式影响较小。结果可为双跨门式刚架钢结构在火灾下的倒塌预警提供参考。     

钢框架关键构件在火灾环境下安全评价方法

以构件强度和变形限制来判断是否需要加固,达到既不盲目加固又能保障安全的目的。根据钢结构和火灾学理论,采用火灾环境下钢框架关键构件为研究对象,选取火灾荷载密度、火灾持续时间和火灾温度为安全评定主要参数,根据构件的平均应力比来定义该温度工况下的关键构件,运用有限元对一个四层三跨钢框架进行热力耦合分析,提出了钢框架关键构件在火灾环境下的安全评价程序。以一个四层三跨受火钢框架为例,火灾环境下的关键构件承载力已经达到极限状态,不能满足承载力设计要求,需进行结构防火加固或构件替换。此方法可为钢结构建筑火灾安全鉴定及加固提供借鉴参考。     

油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁性能及失效机理

针对钢-混组合连续箱梁在油罐车火灾下性能退化过程,以两跨钢-混组合连续箱梁为研究对象,采用热-力耦合计算方法,基于ANSYS软件建立有限元模型,在温度场中提取研究截面的控制点温度值,分析油罐车火灾下钢-混组合连续箱梁的温度场分布特点,得到其火灾下的竖向温度梯度,获得热-力耦合作用下所研究关键截面的荷载-位移曲线,揭示油罐车火灾下两跨钢-混组合连续箱梁极限承载力的衰减规律,并分析不同桥梁火灾场景下两跨钢-混组合连续箱梁的破坏过程。研究结果表明:桥下火灾时,钢-混组合连续箱梁的钢箱梁部位整体升温剧烈,根据距火源远近,钢梁温度从高到低依次为底板、腹板、翼板,混凝土整体升温幅度较小;桥面火灾时,混凝土板整体升温较桥下火灾时大,钢梁部位升温较桥下火灾时小,不同桥梁火灾场景下受火断面沿梁高方向均呈现较大的温度梯度;桥下火灾时极限承载力丧失较桥面火灾时更为严重,受火25min中支点附近受火极限承载力丧失95%以上,跨中受火时丧失约68%,边支点受火时丧失约64%,中支点附近受火发生屈曲破坏,跨中受火及边支点受火发生弯曲破坏;桥面受火25min极限承载力丧失较少,仅为29%,由于混凝土隔热作用显著,钢梁性能退化较少,最终在跨中位置形成塑性铰。     

立体桁架结构敏感性分析及抗连续倒塌性能

采用ABAQUS动力隐式分析方法,考虑压杆屈曲的影响,对立体桁架结构进行敏感性分析,得到极端荷载作用下结构的连续倒塌破坏模式以及敏感构件、关键构件的分布规律,分析高跨比、跨度和截面形式对立体桁架抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明:倒三角截面立体桁架敏感构件为支座附近的上弦杆、A类腹杆和B类腹杆;正三角截面立体桁架敏感构件为跨中下弦杆和支座附近的A类和B类腹杆。关键构件均为支座附近A类腹杆,通过增大关键构件的截面外径,可以有效提高结构的抗连续倒塌性能。在保证相同应力比的情况下,随结构高跨比增加或跨度减少,相同位置杆件的敏感性指标增加,敏感构件分布范围增大。     

基于子结构模型的室内火灾下钢框架结构倒塌分析

根据室内火灾下结构的倒塌模式确定钢框架子结构模型的选取范围,采用矩阵分析方法推导出子结构模型的边界条件.基于易损性分析,提出了火灾下钢框架结构抗倒塌性能的简化评估方法,并以结构倒塌时间的可靠指标作为结构抗倒塌性能的定量评估标准,继而研究了起火房间位置以及防火保护对火灾下钢框架结构抗倒塌性能的影响.结果表明,角部房间以及...     

均布荷载作用下门式刚架的平面内稳定性能

应用ANSYS有限元程序，在均布荷载作用下，对不同高跨比、梁柱截面的门式刚架进行弹性几何非线性分析，根据荷载位移曲线得出弹性屈曲荷载。分析表明。当刚架高跨比大于等于1：3时，刚架失稳模式为侧移失稳。可忽略梁中主弯矩和梁轴力对刚架稳定性的影响；当刚架高跨比小于1：3时，刚架的失稳模式同刚架高跨比、梁柱线刚度比均有关系。刚架的失稳模式常为对称失稳，此时，梁中主弯矩和梁轴力对刚架稳定性的影响不可忽略。     

三连跨轻型门式刚架结构设计及关键技术研究

基于河南尚品食品有限公司年产5万吨肉制品钢结构厂房工程,对三连跨轻型门式刚架结构进行了深入分析,重点对较大悬挂荷载(非吊车荷载)的处理方法、柱脚连接形式等问题进行了探讨,并以结构最小用钢量为目标对柱距合理取值进行了优化研究.分析结果表明,较大悬挂荷载宜按照活荷载形式施加,柱脚宜采用铰接连接,柱距约为8m时,结构用钢量最小.     

预应力连续钢-混组合梁抗火性能

为研究预应力连续钢-混组合梁在火灾高温下的耐火性能,以通用有限元程序ABAQUS为平台,提出了模拟预应力连续钢-混组合梁火灾高温下非线性全过程受力行为的有限元模型。通过分析组合梁跨中挠度、拉索张力以及跨中与中间支座处弯矩随温度变化的规律,研究了荷载比、预应力比、拉索相对截面面积、跨高比4个参数对预应力连续钢-混组合梁抗火性能的影响。结果表明:荷载比对预应力连续钢-混组合梁的抗火性能有负面影响,荷载比越大,升温初期阶段拉索张力随温度升高而降低的速率越慢,且临界温度越低,达到临界状态时的挠度也越小,预应力比的影响主要在火灾升温的初始阶段,在这一阶段,预应力比越大,挠度增长越慢;随着温度进一步升高,不同预应力比条件下挠度-温度曲线接近重合;具有不同拉索截面面积的预应力连续组合梁,其跨中弯矩随着温度升高先降低,在150℃时达到最低值,之后随着温度升高弯矩不断增大;中间支座处负弯矩升温初期先增大,达到峰值后,随温度升高而逐渐降低;临界状态下预应力连续钢-混组合梁中间支座弯矩逐渐减小;具有不同跨高比的预应力连续钢-混组合梁,在荷载比相同时,其临界温度相差较小,挠度值接近;对于跨高比大于10的预应力连续钢-混组合梁,可以忽略跨高比对其抗火性能的影响。     

超大型冷却塔考虑土—结构相互作用的三维有限元抗震分析

通过建立超大型冷却塔三维有限元模型,在考虑土—结构相互作用情况下,对结构进行动力特性分析,与刚性地基的结果进行了对比.用反应谱分析计算了单向地震的作用和效应,并采用双向地震与自重、风荷载、温度荷载工况进行了组合,得到了相应工况的内力和位移,为工程设计提供了参考.     

两种约束条件下平面门式刚架的屈曲分析

应用ANSYS有限元程序,对均布荷载作用下平面门武刚架进行了屈曲研究,在数值模拟中,考虑了不同的约束条件、不同高跨比和坡度等因素对屈曲载荷的影响。结果表明：柱脚两端铰接时,高跨比为0.25是刚架发生对称屈曲和非对称屈曲的分界线;柱脚-端铰接-端固接时,其高跨比的分界线为0.33,此时刚架的临界屈曲载荷比两端铰接时大。     

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。     

钢结构整体抗火模型的建立与有限元分析

考虑火灾下工字型钢梁温度沿截面高度呈非线性分布,以某角楼实际三维框架为研究对象,利用ABAQUS对在静力载荷和温度载荷共同作用下的钢框架整体结构进行数值模拟与有限元分析．通过编写输入文件对工字型钢梁截面施加非线性温度载荷,探索了火灾下整体结构的力学特性和薄弱环节,分析了受火区域不同时整体结构在局部火灾作用下的应力分布规律及变形特点,更加真实地模拟出了钢结构整体的抗火性能,为更加合理的进行整体结构的抗火提供参考．     

翼缘削弱型钢框架梁柱子结构抗倒塌性能数值模拟

为了研究翼缘削弱型钢框架的抗倒塌性能,采用ANSYS/LSDYNA有限元软件对已完成的钢框架梁柱子结构pushdown试验进行有限元(FE)模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比验证其准确性。在此基础上,通过改变选取钢框架子结构的去柱位置进行拓展参数研究,分析了五种去柱工况钢框架梁柱子结构倒塌过程中的破坏模态与抗力曲线。有限元分析表明角柱失效工况承载能力是这五种工况中最低的,在相同结构形式,倒数第二边柱与倒数第二内柱发生倒塌的可能性较高。     

高温下的H型截面钢框架耐火性能影响因素有限元分析

在有限元模拟的基础上,介绍了高温下的钢框架在随着温度增加,结构呈现出不同的热效应,采用数值模拟软件对不同影响因素下的两层两跨H型截面钢框架耐火性能的研究,包括不同模型在不同高跨比下对钢框架结构力学性能的对比分析,以及不同模型在不同荷载种类与荷载大小下对钢框架结构力学响应的比较,研究表明:通过有限元分析能够得出,高跨比较大的钢框架对结构有利,转动约束刚度较小的钢框架结构力学性能较好。研究成果可为高温下的钢框架选优提供参考价值。     

框架结构中无粘结预应力筋极限应力

为了研究各种结构形式中影响无粘结预应力钢筋(UPS)应力变化的主要设计参数,通过非线性有限元分析给出能全面准确计算各种不同结构形式中UPS极限应力的计算公式。分析了影响UPS应力变化的主要参数综合配筋力比、预应力度、配箍率、跨高比、荷载形式、结构形式对框架结构中UPS极限应力的影响。结论是:对框架结构中UPS极限应力影响较大的设计参数有综合配筋力比、配箍率、跨高比、水平荷载效应比。修正了UPS极限应力的计算公式。结果表明:现有规范ACI318-89、BS8110、JGJ/T92-93计算结果存在局限性,特别是对承受较大水平荷载的无粘结预应力混凝土框架的设计存在不安全的情况。对修正公式、规范公式与试验结果进行了对比。在承受较大水平荷载的框架结构中采用修正公式计算UPS极限应力更准确、对结构使用更安全。     

Parametric Study on Cable-Stayed and Knee-Braced Steel Portal Frames

To improve wind resistance capacity of cable-braced steel portal frames,a double-braced portal frame was proposed by adding two pre-stressed knee braces to a cable-braced portal frame. To study the reasonable range of application and method of cable parameter determination for this novel structure,the influences of load condition, span, base constraint, and cable parameters on structural performance were investigated by using the finite element code SAP2000. The results show that pre-stressed knee braces can effectively resist both uplifted and lateral wind loads,so this cablestayed and knee-braced steel portal frame is suitable for large wind.When the vertical load is comparable with the wind load,this novel type of portal frames is suitable for a medium span( 21-48 m). The cables in the cable brace can be determined by structural vertical stiffness,and the cables in the knee brace can be designed as the same as those in the cable-stayed part for the reason that their cross sectional area has only a weak effect on the structure. If no cable fails,the pretension variation of the cable does not affect the stiffness of the portal frame. The cable in the cable brace,working together with the cables in the knee braces,can ease uneven distribution of internal force,and their pretensions can be determined according to actual engineering projects.     

高阻尼混凝土钢板暗支撑双肢剪力墙数值分析

在试验研究的基础上,用非线性有限元分析软件MSC.Marc对高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙进行了低周反复荷载下的数值模拟,并分析了轴压比、配钢率、高宽比和连梁刚度等对高阻尼混凝土带钢板暗支撑双肢剪力墙承载力和变形性能的影响规律.分析结果表明,数值模拟结果和试验结果吻合较好,当轴压比大于0.4时,高阻尼混凝土钢板暗支撑双肢剪力墙的延性显著下降,相对暗支撑配钢率为0.96~6.73时,能较好地改善双肢剪力墙的极限承载力.连梁跨高比、高宽比主要影响双肢剪力墙的承载力和变形性能.研究结果对高阻尼混凝土暗支撑双肢剪力墙的地震弹塑性计算具有一定的参考价值.     

不锈钢工字形截面构件轴心受压整体稳定计算方法

为了研究不锈钢工字形轴心受压构件的整体稳定承载力,采用ANSYS软件建模对不锈钢轴压构件进行非线性有限元模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,验证了所建立的有限元模型的准确性.采用经试验验证的有限元模型对不同几何初始缺陷、截面残余应力、材料力学性能、截面宽厚比以及长细比的不锈钢工字形构件整体稳定承载力进行了参数分析,通过对比可确定材料力学性能、构件长细比为主要影响承载力的因素.在参数分析的基础上通过稳定承载力的数据拟合提出了整体稳定系数的三段式计算方法,并将该计算方法与试验数据进行对比,表明此计算方法可以较为准确地计算不锈钢工字形轴心受压构件整体稳定承载力.     

某大跨度门式刚架轻钢厂房整体倒塌的调查分析

通过调查某双跨门式刚架轻钢厂房在雪荷载作用下发生突然整体倒塌事故,分析了厂房整体倒塌的过程及原因;探讨了设计、施工以及构造处理等方面的因素对轻型钢结构构件破坏,以致引起整体倒塌的影响．在调查分析的基础上,对比研究了国内外规范的设计计算规定,提出了我国门式轻钢结构设计与施工方面应注意处理的问题,以提高结构在偶然较大荷载作用下的整体可靠度．     

钢管混凝土组合柱耐火性能对比分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对方钢管混凝土柱、复式钢管混凝土柱、内嵌十字型钢钢管混凝土柱和4腔钢管混凝土柱4种钢管混凝土组合柱开展火灾下的力学分析,并采用相关实验数据进行验证.分析不同荷载比下钢管混凝土组合柱的温度场、位移-时间曲线、截面内力重分布等.结果表明：内嵌型钢(钢管)有助于提升柱体的轴向刚度,钢管混凝土组合柱的破坏模态表现为压缩鼓曲破坏;低荷载比下内嵌钢管允许方钢管发生更高的温度材性劣化,进而提升了柱体的耐火性能,火灾荷载比越小,提升效果越显著.