不同结构参数下STS管幕构件力学性能的数值分析

以8榀STS(steel tube slab)管幕构件室内试验为依托,为充分研究STS管幕构件的力学性能,建立构件的有限元模型,分析钢管厚度、螺栓直径、配筋率、翼缘板间距等参数对STS管幕构件力学性能的影响.结果表明:钢管厚度的变化,对试件的极限承载力影响不大,但能够有效地提高试件横向刚度;翼缘板间距的变化,对试件的极限承载力和横向刚度影响较显著;螺栓直径、配筋率的变化,对试件的极限承载力和横向刚度影响均不明显.     

FCSR新型管幕构件抗弯性能试验研究及数值分析

基于翼缘板-槽钢连接的新型管幕构件(flange-channel steel roof，FCSR)室内抗弯试验，研究了FCSR新型管幕构件的工作机理和破坏模式.为充分研究钢管壁厚、翼缘板厚度、混凝土强度和钢管间距等结构关键参数对FCSR管幕构件抗弯性能的影响，通过ABAQUS软件建立了FCSR管幕构件的有限元模型.研究结果表明:构件发生明显的延性破坏，具有较高的横向刚度；钢管壁厚和混凝土强度对构件承载力具有一定的影响，翼缘板厚度对承载力影响不明显，钢管间距对承载力影响较为明显.研究结果可为新型管幕结构的应用提供一定的依据.     

STS新管幕构件抗弯性能试验研究及数值模拟

基于2榀STS(Steel Tube Slab)新管幕构件的抗弯试验,研究STS新管幕构件的破坏形态及受力机制。为充分研究支护参数对新管幕构件抗弯性能的影响,运用ABAQUS建立STS新管幕构件的有限元模型。以此模型为依据,分析钢管厚度、翼缘板厚度、螺栓直径、混凝土强度、钢管间距、翼缘板焊接等参数对新管幕构件抗弯性能的影响规律。研究结果表明:钢管厚度、翼缘板厚度、螺栓直径和混凝土强度对构件的极限承载力影响不明显;钢管间距改变对构件的极限承载力影响较大;下翼缘板焊接对构件的极限承载力影响极大。研究结果可为新管幕结构的应用提供理论依据。     

基于模糊数学的STS管幕结构的连接参数优化

依托STS管幕结构纵向抗弯性能试验，建立了STS管幕构件纵向抗弯性能有限元分析模型并验证了模型的可行性.采用正交试验研究了钢管壁厚、钢管直径、螺栓直径、钢管间距、翼缘板厚度对构件纵向抗弯承载力、跨中位移和经济性指标的影响，结合模糊数学理论优化了连接参数.结果表明:对构件达到屈服荷载时跨中位移影响最大的参数为钢管直径，对构件纵向抗弯承载力和每延米构件材料平均价格影响最大的参数为钢管壁厚.为兼顾安全性和经济性，连接参数比值应为钢管直径∶钢管壁厚∶螺栓直径∶钢管间距∶翼缘板厚度 =1∶ 0.03∶0.05∶1.15∶0.02.     

新管幕结构受力模式及关键技术分析

沈阳地铁九号线奥体中心站采用Steel Tube Slab管幕工法建造覆土超浅埋暗挖地铁车站.对新管幕结构的纵向和横向受力模式进行研究，阐述了管幕结构的作用机理，并对管幕结构的抗弯承载力和抗剪承载力计算理论进行讨论，给出了相应的计算公式.结合奥体中心的施工工况，对管幕结构的内力进行计算.随着右侧导洞贯通时，与左侧导洞相比较，跨中正弯矩增加8%，最大负弯矩减小17.8%.管幕结构沿纵向跨中最大变形为6.46mm.研究结果对新管幕工法的应用和推广具有参考意义.     

地下咬合型管幕构件抗弯刚度参数分析

基于咬合型管幕构件的抗弯性能试验,运用ABAQUS建立了咬合型管幕构件的有限元模型,并通过室内试验标定有限元模型.研究了在不同参数组合下咬合型管幕构件的抗弯刚度变化规律,并以此来找到最优的结构参数组合.研究结果表明,钢管直径与咬合程度在提升构件抗弯刚度上具有一定的相互作用影响,当钢管咬合程度与钢管直径比值在0.16~0.28时,构件具有较好的抗弯性能;钢管直径、钢管壁厚及钢筋直径与构件抗弯刚度均呈线性正相关;钢管直径对提升咬合型管幕构件的抗弯刚度具有显著作用,其次是钢筋直径和钢管壁厚.     

地下支护新型管幕结构横向刚度的等效方法与实例验证

地下支护新型管幕结构具有异型断面和复杂界面相互作用的特点,使得大型地下施工开挖数值模拟的开展较为困难.本文建立了地下支护新型管幕结构的数值计算模型,基于面积和刚度等效原理,将新型管幕结构管内和管间两部分简化为两种弹性材料,通过理论计算与数值模拟相结合的方法分别确定了两种材料的弹性模量.结合实际工况,根据上述横向刚度等效方法对沈阳某地铁车站采用新型管幕结合PBA工法施工工况进行数值建模,分析了土体和结构的力学响应规律.采用弹簧模拟管幕结构和土体相互作用,探究了原模型和其简化模型的结构受力和整体变形规律.研究结果表明:简化模型能够反映原模型中管间连接薄弱的特点,两种模型的受力分布和横纵向变形较为吻合且误差较小;同时两种模型弹簧变形所对应的土体压缩量占结构变形的比例相近,二者的偏差率在1.55%以内.研究结果可为新型管幕支护的大型开挖数值模拟分析提供依据.     

带翼缘板圆钢管顶进过程土体变形数值模拟

在传统管幕工法的钢管两侧分别焊接上下两条钢板(称为翼缘板),并将相邻钢管翼缘板焊接形成新型管幕结构.由于翼缘板的存在，顶进过程土体变形规律与圆形钢管不同.本文应用Midas GTS有限元分析软件，对不同钢管直径、翼缘板位置的带翼缘板圆钢管顶进过程进行模拟.结果表明，随上下翼缘板间距增大或管径的不断增加，管顶土体沉降、管底土体隆起、翼缘板处土体竖向位移不断增大；当顶管开挖面距离监测断面一节管长时，监测断面位置土体隆起；顶至监测断面位置时，土体变形变为沉降；当顶管位置超过监测断面一节管长后，土体变形趋于稳定；同时通过拟合曲线，得到了土体变形与上下翼缘板间距、管径的函数关系.     

管幕和横梁作用下大断面开挖变形响应研究

基于管幕与横梁作用下大断面开挖相似模型试验,研究开挖引起的管幕变形和地表沉降变化规律.为充分研究参数变化对管幕变形和地表沉降的影响,运用有限元软件建立三维数值模型,以此模型为依据,分析管幕抗弯刚度和横梁抗弯刚度对管幕变形和地表沉降的影响,并根据模糊数学理论对最优刚度匹配进行研究.研究结果表明：管幕结构整体变形类似于“板”,且关于中间管幕对称,管幕跨中断面地表沉降呈“凹槽”型,符合Peck曲线分布;管幕变形和地表沉降均与横梁刚度和管幕刚度呈指数函数关系,且对横梁刚度变化更为敏感;管幕刚度与横梁刚度分别为0.5D和2K时,可以兼顾安全性与经济性.     

管幕预支护隧道施工变形特性相似模型试验研究

基于相似理论分析管幕结构模型试验的相似关系,通过试验合理选取和配制了相似模型试验材料,考虑管幕横向连系进行了管幕预支护隧道相似模型试验,研究了不同管幕布置型式、不同管幕间距、不同管间横向连系等情况下,隧道开挖引起管幕结构和地层变形特性。研究结果表明,在当前模型尺寸条件下,"门"字形管幕施工比"口"字形管幕引起地层变形增大28.3%左右,大间距管幕施工引起的地层变形值比小间距增大约10%,不考虑横向连系管幕施工引起地层变形显著增大,其相对于有横向连系工况变形增大约30%。实际工程中建议采用小间距、"口"字形布置的管幕,并加强管幕间的横向连系,可有效控制管幕结构和周边地层的整体变形。     

预制压型钢板混凝土组合板和钢梁连接及其有限元分析

为了满足预制组合板和钢梁连接节点的承载和变形要求，提出了一种新型的压型钢板混凝土组合板和钢梁整体预制的法兰板-螺栓连接节点.使用ABAQUS分别建立了现浇、预制节点模型，对比了两者在同等条件下的受力性能，并分析了栓钉数、组合板的厚度和长度、螺栓数和法兰板厚度对预制节点模型受力性能的影响.结果表明:预制节点的受力性能与现浇节点相似，设计预制节点时应采用96个栓钉、8个螺栓，以及200mm厚、5.1~6.6m长的组合板及10mm厚的法兰板.     

框筒结构的简化分析模型

将楼层整体变形分为剪切变形和弯曲变形,用壁式框架D值法和等效连续体法,对在侧向荷载作用下框筒结构进行简化分析.在考虑翼缘框架对剪切变形影响的前提下,应用壁式框架D值法对整体剪切变形进行分析;在考虑剪力滞效应的前提下,用等效连续体法推导剪力滞系数,分析整体弯曲变形.算例结果表明,简化计算与空间框架计算的结果接近,各柱轴向应变的误差在2%～8%之间,水平位移误差在10%之内.     

板式模块化钢结构节点抗震性能试验研究

为研究板式模块化钢结构节点抗震性能，开展了4个足尺边节点试件的低周往复荷载试验.基于实测的荷载-位移数据评估了节点的滞回、承载、变形及耗能能力，分析了不同变量下的节点失效模式及抗震性能指标.研究结果表明:失效模式有柱壁板鼓曲、连接件变形和梁翼缘局部屈曲3种；CT2，CT3，CT4试件的滞回曲线呈饱满梭形，最大等效黏滞阻尼系数达0.21~0.25，极限层间位移角达0.07~0.09rad，节点表现出良好的抗震性能及转动能力；核心区柱壁厚度和角钢厚度对节点抗震性能影响显著，柱竖向拼接方式对节点滞回性能和初始抗弯刚度影响显著.研究结果为板式模块化钢结构节点工程应用提供技术支撑.     

外伸端板节点有限元分析

为考察外伸端板连接中不同端板厚度、螺栓直径、螺栓布置对节点受力性能以及端板强度的影响,采用有限元数值分析软件ANSYS建立半刚性端板连接节点模型进行非线性有限元分析．在建立模型和计算分析过程中考虑了弹塑性、大变形和接触问题．分析结果表明：端板厚度的变化对节点的初始转动刚度、极限转动能力以及抗弯承载力都有不同程度的影响;节点的初始转动刚度随着端板厚度的增加而增加,但节点的极限转动能力却随着端板厚度的增加而减小;设计中建议采用大螺栓、中等厚度的端板,同时螺栓应尽量布置在靠近梁翼缘一侧;传统的T形件方法计算端板强度,其计算结果偏低．     

CFRP对称铺层环形法兰连接拉伸刚度计算方法

为计算碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastic，CFRP)对称铺层环形法兰连接的拉伸刚度，基于圆板对称弯曲和经典层合板理论提出一种考虑环向支撑、材料各向异性和撬力作用系数的计算方法。在制备过程中，采用预浸料手工铺设和模压成型的方法成型试件，而后开展了3组不同法兰板厚度（2.2，3.0，3.8 mm）连接件轴向拉伸试验。通过对比理论计算值与试验结果，验证了计算方法的正确性，误差均不大于13.61%。通过理论模型分析影响因素，结果表明：拉伸刚度随法兰板厚度、外径和内径的增大而增大，随螺栓所在的半径变大而减小；改变螺栓位置对于拉伸刚度的提升比改变法兰板内外径更显著，当螺栓位置由90 mm调整至85 mm时，拉伸刚度提升59.54%。