薄钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)组合框架抗震性能数值模拟

为研究薄钢板PEC柱-钢梁组合框架的抗震性能,针对1榀2层单跨对穿螺栓端板连接薄钢板组合截面PEC-削弱截面钢梁组合框架结构试验试件,采用有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的数值模拟.基于模拟结果,对试件结构滞回特性、水平抗侧刚度、耗能延性和破坏模式等进行分析.研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度;试件层间变形为剪切型变形模式;试件耗能能力主要由梁端削弱截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,端板对穿螺栓连接及梁端削弱截面实现了梁端塑性铰区远离节点区;试件最终破坏模式为梁端削弱截面和PEC柱脚处形成塑性铰的塑性破坏机构.该结构体系具有良好的抗震延性.     

基于刚度退化和纤维单元的RC构件损伤模型

为了评估钢筋混凝土(RC)构件的损伤状态,在Maltab中建立了基于刚度退化和纤维梁柱单元的损伤模型.首先在OpenSees中建立基于纤维梁柱单元的构件、结构数值分析模型,将分析模型所得到的纤维应力、应变值导入在Matlab中所建立的损伤模型,并计算纤维、截面、构件的损伤值.所建立的损伤模型使用再加载刚度退化定义混凝土纤维的损伤,使用低周疲劳准则定义钢筋纤维的损伤,使用塑性应变定义预应力筋的损伤,并分别使用截面抗弯刚度退化、杆端抗弯刚度退化评估截面、构件的损伤.最后,选取循环荷载作用下的一榀预应力混凝土框架结构试验,对所建立损伤模型的适用性进行验证.结果表明:该损伤模型不仅可以准确地预测构件的损伤状态,而且可通过刚度组装和静力凝聚方法在各层次损伤指数间建立紧密的联系.此外,所建立的损伤模型将来可被嵌入OpenSees,直接实现针对混凝土构件和结构的损伤评估.     

形截面钢构件铰区模型及铰区长度

将局部失稳的集中区域定义为铰区.提出了由局部失稳控制破坏模式的H形截面铰区平均曲率的计算公式.发现铰区长度主要依赖于截面构型及轴力大小,用归纳方法得到了考虑不同截面构型及加载条件影响的铰区长度计算方法.实现了从H形截面悬臂钢构件模型中提取扣除计算长度影响的截面层次的弯矩-曲率关系.该弯矩-曲率关系作为不同受力形式、不同构件长度及边界条件的构件非线性分析的基础,可提高结构体系非线性分析的分析效率,并满足工程研究的精度要求.     

工字形截面叠合板式剪力墙损伤分析

随着基于性能抗震设计理论的逐渐发展,利用损伤指标研究结构倒塌破坏越来越受到关注.文章对2个采用不同水平配箍率的工字形截面叠合板式剪力墙试件进行了低周反复加载试验,分析了各构件的破坏形态、延性、刚度、耗能等,计算了各构件分别采用基于刚度的损伤指标和基于位移及耗能的损伤指标,并与试验现象进行了对比.分析结果表明,基于位移及耗能的修正的Park-Ang模型能较好地反映试件在各破坏阶段的损伤程度;而基于刚度的Roufaiel模型计算简便,可用于其他模型的辅助评估.     

新型PEC柱——钢梁端板连接组合框架抗震机理数值模拟

为了研究新型卷边PEC柱—钢梁组合框架的抗震机理,本文针对1榀两层单跨设置预拉对穿螺栓短端板连接新型卷边PEC-钢梁组合框架结构试验试件,采用商业有限元软件ABAQUS对其进行水平循环往复荷载下的抗震性能数值模拟。基于模拟结果,对试件结构滞回性能、水平抗侧刚度、耗能能力、节点连接力学性能、层间传力机理和破坏机构等方面抗震性能进行分析。研究表明:试件结构具有较高承载力和较大的抗侧刚度,且加载初期两层初始抗侧刚度差异明显,随着加载损伤进程的发展其差异不断减小;试件结构水平力作用引起的倾覆弯矩受压侧下层PEC柱承担层间水平总剪力58%,而上层PEC柱平均分担层间剪力,且试件层间侧移变形表现为剪切型变形模式;试件耗能能力由梁端端板附近截面屈服和PEC柱脚钢构架屈服与混凝土压溃提供,且上下层耗能分布基本均匀;PEC柱与钢梁端板预拉对穿螺栓连接具有较强的转动能力,且端板预拉对穿螺栓形成了节点区混凝土斜压带传力模式和提供了节点连接部分自复位功效;试件最终破坏模式为梁端附近截面充分屈服和PEC柱脚部位钢构架屈服与混凝土压溃形成塑性铰的塑性破坏机构,对上下层层间侧移和节点连接转角分别为0.051 rad、0.042 rad和0.045 5 rad,均超过大震对应层间侧移限值1/30的要求,即该试件结构具有良好的抗震延性。     

装配式腋板加强型钢节点抗震性能试验研究

提出了一种梁柱间加设腋板的新型装配式钢管柱工字钢梁节点.为深入研究该节点的抗震性能和受力机理,对2组不同腋板外伸长度的足尺节点模型进行了低周往复荷载作用下的试验研究,对节点的破坏模式、滞回性能、初始刚度、延性系数、刚度退化、耗能性能进行了分析.结果表明:在低周往复荷载作用下,试件在腋板外侧且靠近腋板端部位置的梁上钢材最先发生屈服,2组试件最终的破坏模式均为靠近腋板端部位置的螺栓孔处梁翼缘被拉断.腋板的设置有效转移了塑性铰,起到保护节点的作用,实现了"强连接,弱构件"的抗震设计理念;腋板的设置对提高节点承载力以及节点转动刚度有较大影响;随着腋板外伸长度的减小,腋板传递给梁的竖向荷载越大,使得钢梁越早进入屈服;腋板的加设使得腋板端部位置处的梁翼缘应力高度集中,加之螺栓孔对截面的削弱,使其成为影响节点延性的关键,应对该部位适当加强.     

高层组合框架-混凝土筒体结构推覆分析

针对高层混合结构中适用于推覆分析的剪力墙单元与型钢混凝土构件塑性铰等问题进行研究,利用三垂直杆元模拟剪力墙,各杆元分别考虑剪力墙轴向、剪切与弯曲变形;根据型钢混凝土构件截面承载力与变形能力,给出了反映截面弯矩与转角关系的型钢混凝土构件塑性铰特性值计算方法;应用MIDAS/GEN软件作为弹塑性分析工具,采用改进的剪力墙单元模型,自定义型钢混凝土构件塑性铰特性值,对30层高混合结构进行推覆分析,并与模型试验结果对比,结果表明：推覆分析所得基底剪力-顶点位移曲线与试验结果较符合,各构件塑性铰分布及状态与模型试验的裂缝分布及破坏模式符合较好,能够反映出混合结构各构件变形和结构整体承载力变化过程.     

T形件螺栓连接卷边PEC柱-钢梁组合框架结构抗震试验研究

为研究T形件螺栓连接卷边钢板组合截面PEC柱-钢梁组合框架结构的抗震机理,设计制作了一榀底部两层单跨组合框架1/2缩尺试件并进行水平低周往复荷载试验.基于试验现象和测试数据,从试件结构的滞回特性、水平抗侧刚度退化、节点性能、耗能能力与抗震延性、塑性机构发展进程与延性破坏模式等性能进行分析.研究结果显示:T形件螺栓连接增大了梁柱节点刚度,改善了结构的整体性,试件的初始抗侧刚度较大、极限承载力较高;T形件螺栓连接使得梁端塑性铰形成位置远离节点区,试件滞回曲线较为饱满,试验结束对应承载力未出现明显降低,且对应整体侧移角、位移延性系数和等效黏滞阻尼系数表明试件具有良好的抗倒塌能力、抗震延性与耗能能力;T形件螺栓连接PEC柱-钢梁组合框架试件塑性破坏机构发展进程为T形件端部梁截面和PEC柱脚相继形成塑性铰,实现了框架结构的理想延性耗能模式.     

悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下承载性能有限元分析

通过理论计算和有限元方法分析了悬臂钢管混凝土构件在横向冲击荷载下的力学性能,根据“统一理论”确定构件的极限弯矩,利用理论公式计算构件的挠度,采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA模拟相应工况,并与理论结果比较,得到了构件重点部位的应力、应变和加速度时程,结果表明,当套箍系数、材料强度和尺寸一定时,构件最终挠度与冲击能量成正比;冲击能量从自由端向固定端传递,固定端截面逐步进入屈服,最终形成塑性铰构件成为机动结构,丧失承载力;钢管混凝土构件具有较好的耗能和变形能力。应力、应变呈现典型弹塑性材料自特征．     

基于RC框架结构的失效倒塌模式

目前我国存在大量已建非延性钢筋混凝土(RC)框架结构,文章针对这类RC结构在遭受外力作用时的破坏模式进行研究分析。采用拟静力分析方法研究以五层RC框架结构为代表的多层RC结构的失效倒塌模式。研究结果表明基于已有的试验数据采用Open Sees有限元建模验证了针对RC框架结构数值模拟的正确性;表明了RC结构首先在结构底层柱下端塑性铰区出现损伤破坏,且同一楼层边柱塑性铰区较中柱损伤严重,逐渐向顶层塑性铰区发展最终使整体框架结构整体发生破坏直至失效倒塌。     

含屈曲约束支撑铰支墙抗震有限元分析

文章为了实现墙底免损伤设计意图,进一步削弱墙底约束,形成一种底部含屈曲约束支撑(buckling-restrained braces, BRB)的铰支墙;以传统剪力墙约束边缘构件强度为基准,采用能力设计方法,确定BRB设计参数,建立传统剪力墙、含BRB剪力墙和含BRB铰支墙3种对比构件;对3种构件分别建立ABAQUS数值模型,利用已有试验数据校准钢筋混凝土模型参数,对比分析了构件地震作用下的受力性能和损伤特征。结果表明,含BRB剪力墙底部损伤较为严重,文中提出和设计的含BRB铰支墙刚度和强度会降低,但其具有稳定的滞回性能、预期的集中损伤机制及较好的震后功能可恢复性。     

新型PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗震机理数值模拟

以端板预拉对穿螺栓连接的卷边钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(削弱截面)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行拟静力循环荷载下抗震机理的数值模拟.基于模拟结果,对比分析试件结构的承载力、抗侧刚度衰减、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力和破坏机构等抗震性能.结果显示:试件具有较大的承载能力、较高的初始抗侧刚度和优越的耗能能力;PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓设置使得连接表现出一定程度的自复位功效,而梁截面削弱进一步改善了连接的转动能力和试件整体耗能延性;试件最终破坏模式为所有梁端削弱截面处形成塑性铰的塑性倒塌机构,且形成对应层间侧移角和连接转角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好的抗倒塌性能.     

框架结构损伤识别的单元刚度矩阵分解方法

通常情况下框架结构单元截面惯性矩和截面面积的损伤程度不是线性比例关系,所以单元的损伤程度不能由损伤系数直接乘以刚度矩阵来表征,所以为此提出一种框架结构损伤识别的单元刚度矩阵分解方法。首先通过构件单元刚度矩阵分解重组得到新的单元刚度矩阵形式。然后推导了结构整体刚度矩阵的集成过程,建立了以各单元的截面参数为未知变量的结构损伤分析模型。最后将测得的结点位移信息带入到分析模型中,求解得到结构中每个构件的截面参数,实现了构件的损伤定位和损伤程度定量分析。对于结构中存在损伤的构件,无论是单一构件还是多个构件,此方法都可以精准的识别出损伤位置和损伤程度。     

高层框架结构周期比控制的有效方法

在高层建筑结构设计过程中,为了防止建筑发生扭转破坏,针对《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)对高层建筑的周期比控制,结合具体工程实例的计算过程,提出了高层框架结构周期比控制的有效方法是加大端部竖向抗侧力构件的厚度,减少某些中部竖向构件的刚度。     

新广州站中央采光带杂交结构受力性能分析

为了了解新广州火车站中央采光带杂交结构体系的受力性能,讨论了其下部索杆体系的预应力设计水平,分析了结构体系中柔性构件对其静力性能的影响,并对其进行了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,文章最后讨论了上弦钢杆件截面、钢拉杆和下弦拉索截面及其预应力对结构竖向刚度的影响.计算结果表明:杂交体系中下部索杆体系和上部面内钢拉杆可以较大地提高结构的刚度;该杂交结构体系满足整体稳定性的要求,但其端部区域是结构稳定的薄弱环节之一;结构的竖向刚度随着钢杆件截面的增大而增加;上弦钢拉杆的截面及预应力的增加对结构竖向刚度有一定的提高;下弦拉索截面对结构刚度的影响较大,但是其预应力值的影响较小.     

多层住宅新型复合结构的Pushover分析及支撑优化

通过对柔性梁柱加“人字”支撑的新型住宅复合结构的静力弹塑性(Pushovei)分析,进行了抗震性能评 估,并优化了结构构件截面．采用250mm×250mm的梁柱截面、120mm×120mm的支撑截面及正常配筋所 形成的复合结构,满足按9度抗震设防(多遇地震)的抗震能力和延性要求以及8度罕遇地震的抗倒塌验算． 其耗能机制为“混合机制”,塑性铰出现的位置及顺序为:支撑、梁端、柱下端、柱上端,因此满足“强柱、中 梁、弱支撑”多道抗震防线的抗震要求．在柱截面不改变的情况下,薄弱层出现在底层,最大层间位移满足 罕遇地震作用下结构薄弱层弹塑性层间位移的要求．计算分析得出合理的支撑与柱的抗侧刚度比在4-10 之间;最后优化了支撑截面．     

强震作用下框架结构节点抗震性能有限元分析

为探讨强震作用下钢筋混凝土框架结构梁柱节点的抗震性能.以某机场框架结构扩建工程为实例,采用Abaqus软件,选取EL-Centro波、Accel人工波、Taft波,计算结构在不同震级、不同加速度峰值地震作用下的响应,对局部框架结构节点的抗震性能进行有限元分析.分析结果表明:在强震作用下,考虑楼板会对结构梁构件的刚度起到显著提高作用,结构抗侧刚度提高,但容易出现"强梁弱柱"型破坏.若提高柱构件的配筋率与配箍率,可以有效增强柱的强度,对柱端混凝土过早开裂起到限制作用,有助于实现"强柱弱梁"型破坏.     

设置变刚度加强层的框架-核心筒结构抗震性能研究

针对框架-核心筒并设置加强层结构的特点,提出变刚度加强层的结构形式,并对设置等刚度加强层和变刚度加强层2种伸臂形式的结构进行弹性地震反应分析及静力弹塑性分析,对设置加强层结构的侧移、主要受力构件内力、结构塑性铰出现的位置和次序进行了分析。结果表明,变刚度加强层可以缓解高层建筑设置加强层后产生刚度突变带来的一些问题,并可以保证结构在罕遇地震下,加强层首先屈服,即满足"强筒体弱伸臂"的抗震设计要求。     

3D打印碳纤维复合材料的轨道车辆端部结构仿真研究

为进一步实现轨道车辆轻量化,本文首先对3D打印连续碳纤维复合材料进行了研究.然后,基于ABAQUS对用3D打印碳纤维复合材料制造的轨道车辆端部结构进行了仿真,分析了该构件的碰撞吸能性能和其失效模式,比较了不同铺层的复合材料车辆端部结构的不同碰撞吸能行为.研究表明,连续纤维有角度地错开了结构铺层,不仅可以提高材料的吸能量...     

隧道不同损伤状态二次衬砌预养护试验研究

采用1∶10破坏性模型试验,研究隧道不同损伤状态衬砌预养护构件变形特性、破坏模式与承载力.研究表明:预养护试件整体破坏由原衬砌拱腰极限承载力控制;预养护损伤衬砌受力过程为"加载—原裂缝贯通—套拱拱顶裂缝贯通—试件破坏",整体结构刚度逐渐退化.关键部位破坏顺序为"拱顶开裂—拱腰脆性断裂—拱顶延性破坏".裂缝深度为1/3衬砌厚度损伤状态可作为合理预养护时机;不同损伤状态衬砌预养护曲率突变点一致,可作为加固构件养护控制基准;提出衬砌预养护构件破坏荷载与损伤状态关系简易计算公式,计算结果与试验误差约5%.