土-结构动力相互作用对结构弹塑性变形影响的探讨

罕遇地震作用下进行结构弹塑性变形验算是十分必要的,目前结构弹塑性变形验算的方法均是基于地基刚性假定提出的,而考虑土-结构动力相互作用的结构弹塑性变形验算有待研究．采用平面桩-土-结构弹塑性有限元分析,探讨了水平地震作用下土-结构相互作用对弹塑性变形特性的影响．分析发现,考虑相互作用后,多层框架结构弹塑性层间位移均有折减,薄弱层的塑性变形减小,发生塑性破坏的程度降低．对多层框架结构按现有规范进行弹塑性变形验算可能偏安全．     

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.     

基于超级节点模型的框架结构地震反应分析

众多钢筋混凝土梁柱组合体试验结果表明,节点内梁纵筋黏结滑移和节点区剪切变形对组合体试件的抗震性能有明显影响,但钢筋混凝土框架结构的非线性地震反应分析一般采用刚性节点假定,在有限元模型中忽略了上述两种节点非弹性变形的影响。基于OpenSees分析平台,采用较为精细的"超级节点单元模型"模拟节点非弹性反应,以典型平面框架结构为例分别建立考虑节点非弹性变形、不考虑节点变形的有限元模型,对比两个框架有限元模型在7条地震波作用下的整体、局部反应计算结果。分析结果表明:相对于不考虑节点变形的有限元模型,考虑节点非弹性变形后框架顶点位移最大值变化不明显,层间位移角最大值略有减小;由于部分梁端非弹性变形转移到节点区,杆端出铰率、转角延性系数减小;按中国现行规范设计的8度0.2g区二级抗震框架在大震下一般不会出现节点剪切失效。     

外伸式端板连接节点变形研究

针对当前端板连接节点的半刚性,采用通用的有限元程序,对门式刚架外伸式端板连接的5种典型的节点进行了受力及变形分析,探讨了有加劲肋的外伸式端板连接节点的变形机理.针对不同构造的节点,分析了节点的最大等效应力?节点转角及节点刚度,探讨了此类节点半刚性的原因,发现端板连接节点的变形主要是由节点域腹板剪切变形和节点下部柱身变形引起的.通过合理的构造措施,可使该类节点的刚度明显提高.     

T型件连接梁柱节点冲击试验研究和数值分析

设计采用了T型件连接的2个半刚性钢结构梁柱节点试件,对试件施加落锤冲击荷载来模拟结构的动态倒塌效应,考察T型件翼缘和腹板的厚度对钢框架梁柱节点抗冲击性能的影响.通过试验获得节点试件的破坏形态及其冲击荷载和位移时程曲线,分析试件冲击过程动态响应规律以及节点动态转角和耗能能力.试验结果表明:节点试件的主要破坏形态是节点核心区域的T型件的翼缘或腹板断裂破坏和受弯变形,以及钢梁腹板扭曲变形;2个半刚性连接的节点试件的抗冲击转动能力主要受制于T型件部位,且由于T型件构件承载力不足,其最大转角均未到达FEMA350标准倒塌控制转角限值(θ=0.109 rad)要求;T型件连接的半刚性节点相对普通全焊接的刚接节点的耗能能力和延性均有降低.采用ABAQUS软件建立了T型件连接梁柱节点子结构的有限元分析模型,通过分析T型件连接梁柱节点在冲击作用下内力发展规律可知,设计采用部分强度半刚性连接的T型件连接节点设计不利于构件向悬链线效应转换.     

SRC框架节点非线性单元模型及试验验证

通过对型钢混凝土(SRC)柱-混凝土(RC)梁组合件试验现象和测量数据的分析,提出一种较为简化的多分量SRC节点单元模型.该模型的构造方法以节点受力机理为基础,以考虑节点非线性变形特征为目标,可以综合考虑节点区域多种变形,并能应用于组合结构节点的弹塑性全过程分析.结合此单元模型的传力路径与变形组成特点,建立与单元模型相对应的简化计算模型,用于提高模型计算效率.计算与试验结果比较表明,提出的组合结构节点单元模型可以较好地模拟节点的非线性反应,具有较好的计算精度.     

特大断面黄土隧道施工过程数值模拟

本文采用二维弹塑性有限元法,分析了一特大断面黄土隧道各个施工阶段以及建成后围岩和衬砌的受力状态.分析中采用增量弹塑性应力应变关系,Mohr-Coulomb屈服准则及关联流动法则.对于超出屈服面的应力进行调整,使之回到屈服面上.采用切线刚度法进行迭代计算,采用节点位移增量的收敛准则判断求解过程的收敛,每次迭代中采用高斯消元法求解体系的平衡方程.最后对支护结构进行了检算,提出了抑制隧道围岩变形的技术措施.     

论高层建筑的抗震设计及减灾方法

地质作用是非常复杂的,要想建筑物在强烈的地震作用下不发生破坏是很不实际的。我们所说的抗震设计,是指建筑物在强烈的地震作用下,即使破坏很严重,也不会倒塌,这就要求建筑物有足够的弹塑性变形来抵抗地震能量,因此提高建筑结构的弹塑性变形能力,在强烈地震中不倒塌是抗震设计中要达到的目标。文章分析了影响高层建筑结构抗震能力的主要因素,提出了高层建筑结构抗震的具体设计方法。     

自由变形结构弹塑性分析的新方法

考虑目前塑性力学实验与理论上存在的众多分歧,从材料弹塑性变形的本质入手,研究受力构件应力分布与变形间的关系.对于一个受力结构,其内应力引起应变,受力较小时应力仅引起弹性应变,εij=Gijklσkl.受力较大后,应力的作用不仅产生弹性应变,也产生塑性应变,εij=εije+εijp.在小变形、弹性变形与塑性变形不耦合情况下,结构中的应力与弹性应变仍呈线性关系而与不受塑性变形的影响.按照以上思想对梁、轴受力结构进行了弹塑性分析,得出在弹塑性下梁、轴内应力呈线性分布,卸载后结构内有残余的塑性变形,而无残余应力.新认识比原有认识更符合结构弹塑性变形实际情况,并具有普遍意义.     

框架计算塑性力学方法

文章通过对 Levy‐Mises及Prandtl‐Reuss塑性理论、Rice‐Hill等大变形弹塑性理论及二阶材料的研究,认为所有的变形均为塑性变形,不存在弹性变形。假定混凝土的破坏准则为M ises屈服准则,运用塑性力学原理推导出结构的劲度矩阵 Dep ,按照混凝土结构设计规范进行框架结构的全过程塑性分析。     

考虑节点非弹性变形的RC框架地震反应分析

钢筋混凝土梁柱组合体试验结果表明节点内纵筋滑移和节点剪切变形对组合体的抗震性能有明显影响,但框架的非弹性地震反应分析一般忽略了节点非弹性变形的影响.为了模拟节点区非弹性变形的影响,在纤维模型基础上采用在梁端附加零长度截面单元的方法,并通过σ-s本构模型考虑节点内梁纵筋粘结滑移,以及通过σ-sslip-shear本构模型同时考虑节点内纵筋滑移和节点剪切变形.考察了典型平面框架在罕遇地震下的非线性反应,对比分析了节点非弹性变形对框架整体和局部反应的影响.结果表明,考虑节点非弹性变形之后结构的最大顶点位移、最大层间位移角将增大或仅略有变化,梁端、柱端塑性铰数量将减少,梁、柱的转角延性需求总体而言将减小;地震作用下框架节点距离剪切失效尚有一定安全储备.框架地震反应大时忽略节点非弹性变形将导致明显误差,地震反应较小时可采用不考虑节点非弹性变形的常规有限元分析模型.     

稳健设计在梁柱外节点抗剪强度分析中的应用

介绍了稳健设计法的基本内容、一般步骤及其在梁柱外节点抗剪强度分析中的应用,引入信噪比。用软化桁架模型分析地震作用下钢筋混凝土梁柱外节点抗剪强度,并用稳健设计对影响钢筋混凝土梁柱外节点抗剪强度的因素进行分析,得出了各种影响因素的重要程度,其中竖向箍筋强度对外节点扰剪强度影响最为明显,混凝土标准抗压强度和水平箍筋屈服强度次之。为以后设计和施工提供了理论依据。     

RC框架-钢管混凝土腋撑结构抗震性能分析

腋撑是设置于梁柱节点区域的短斜撑,用于提高结构抗水平力作用性能。与普通框架支撑相比,腋撑能提高建筑的有效使用空间,提高建筑的使用功能。腋撑可采用钢支撑、混凝土支撑以及耗能支撑等形式。钢管混凝土腋撑相比于钢腋撑,其轴向承载力较高;相比于混凝土腋撑和耗能腋撑,其施工更为方便。以新沂市某中学教学楼为背景工程,分别构建RC框架和RC框架-钢管混凝土腋撑结构模型,计算两种结构的振型、自振周期、能力曲线以及刚度退化速率等动力性能指标,通过对比分析,探讨增加钢管混凝土腋撑后对结构抗震性能的影响。研究表明,增设钢管混凝土腋撑后,结构的水平极限承载力和初始刚度大幅提高,层间位移明显减小,RC框架-钢管混凝土腋撑结构是一种抗震性能较好的新型结构。     

预应力框架节点的试验研究

预应力框架节点是一种新型节点。通过8个梁柱组合体试件在低周反复荷载下的试验,考察了预应力对节点强度、刚度和能量耗散能力的影响,研究了梁筋在节点的粘结滑移问题。根据试验结果,提出了设计建议。     

高温后钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究高温后混凝土框架的抗震性能,设计了2个强梁弱柱框架和2个强柱弱梁框架,预先对其中2个框架进行明火升温试验,然后对所有试件进行低周往复加载试验.考察了各榀框架的破坏模式、荷载-位移关系、承载力、变形能力、刚度和耗能能力与高温和梁柱尺寸等因素的关系.试验结果表明:受火后混凝土框架的承载力和耗能能力有所降低,强梁弱柱型框架的承载力下降更为明显,且屈服位移增大,极限位移减小;受火后混凝土框架的塑性铰出现顺序改变为柱底—梁端—柱顶,柱端更容易出现塑性铰.常温下强柱弱梁型(破坏形态为梁端先出现塑性铰)框架在火灾后可能转化为"强梁弱柱"型破坏.     

爆炸移除钢筋混凝土框架柱抗倒塌性能数值模拟

基于已有的爆炸移除钢筋混凝土框架柱的实验数据,利用有限元软件AUTODYN建立了一个分离式与整体式相结合的4层2跨钢筋混凝土框架结构的三维有限元模型,并采用三阶段分析法,对爆炸移除钢筋混凝土柱的结构动力响应和破坏形态进行了数值模拟,且考虑炸药、空气与结构的流固耦合作用和应变率对材料的动态本构特性的影响.在爆炸移除短边中柱与角柱两种工况下,计算得到的柱破坏形态和梁柱节点动态位移与实验结果吻合较好,还分析了柱内纵筋对RC框架结构的动态响应的影响以及柱的破坏失效过程.计算结果表明:对发生塑性和弹性变形区域分别采用分离式和整体式建模,不仅保证了钢筋混凝土框架柱的爆破作用过程数值模拟的真实性和适用性,又大量缩短了计算时间,可为今后爆炸荷载作用下RC框架的参数影响分析和连续倒塌破坏模式控制提供参考.     

半刚性节点连接钢框架的抗震性能研究

钢框架中梁柱的节点连接一直是钢结构抗震设计中难以处理的问题,在现行的钢框架结构设计中,通常把梁柱连接处理为完全刚接或理想铰接,但是在多数实际工程中,钢框架节点的性能处于刚接和铰接之间,即半刚性连接.利用SAP 2000分别建立了刚接和不同转动刚度的半刚性连接钢框架有限元分析模型,并进行了模态分析、反应谱分析以及循环荷载作用下的滞回性能分析.根据数据结果绘制层间剪力、层间位移和楼层位移曲线,探讨了节点刚度对整体钢框架结构抗震性能的影响,通过分析滞回曲线和骨架曲线来研究节点的耗能性能,以期为日后的钢框架设计提供一定参考.     

碳纤维布加固混凝土框架受力性能

为了避免纤维布拉断、剥离等提前破坏模式,提出了铝角钢/FRP加固框架结构梁、柱端部的新型加固方法.介绍了两跨两层框架试件的几何、配筋、加固过程和试验方法.通过比较分析,选择合适的应力-应变模型以模拟FRP对混凝土的约束效应,截面的弯矩-曲率关系近似地采用带软化段的四折线型,对加固后的框架进行非线性分析,与试验结果作了对比.最后,研究了混凝土约束效应、加固长度、合理选择待加固杆件对加固框架受力性能的影响.数值分析结果与试验结果吻合良好,FRP产生的约束效应对框架受力有较大影响,适当选择加固长度和加固量,可以实现塑性铰或破坏面位置的转移,特别加强薄弱的杆件,可以取得显著的加固效果.     

异形柱框架节点受力性能研究

钢筋混凝土异形柱结构在我国住宅建设中得到了广泛的采用,而对于异形柱节点在荷载作用下的性能我们至今仍没有完全理解。本文主要介绍了异形柱节点的受力特征以及顶层角节点的一般受力性能,运用有限元分析软件对异形柱角节点进行有限元非线性分析,研究异形柱节点从加载到开裂的过程,以及各个阶段钢筋和混凝土的应力分布情况,为今后对于异形柱的分析计算奠定了基础。