爆炸荷载作用下钢框架动力响应有限元分析

选用了具有强大显式动力分析功能的ANSYA/LS-DYNA程序,并采用Solid164显式单元进行数值模拟.分析了在爆炸荷载作用下,2层钢框架在没有考虑混凝土楼板和有混凝土楼板参与时,梁、柱截面细微的动力响应和变化规律,试图找出其破坏的薄弱环节.分析发现:爆炸冲击荷载直接作用时间极其短暂,结构动力响应复杂,且成周期性变化;梁、柱相交节点区域应力最大,柱相关单元首先会进入塑性,且单元失效也先出现在该区域的柱上;当施工阶段无楼板参与时,梁单元基本处于弹性工作状态;有楼板参与作用时,梁单元于跨中和与柱相交的节点区域首先进入塑性,梁单元在竖向荷载设计值作用下,扭曲现象明显.     

柱脚铰接的常规多层钢框架静动力分析

为明确柱脚铰接的常规多层钢框架结构的静动力性能,基于不同国家的抗震规范,建立不同设计方式(层设计、柱梁节点设计)和不同值强柱系数的柱脚铰接常规多层钢框架结构模型.采用平面框架组合非线性分析对模型进行静动力分析,研究模型的破坏机制、最大层间反应及结构构件滞回曲线.结果表明:强柱系数为1.2的模型,按柱梁节点设计时结构形成局部破坏机制,按层设计时结构形成整体破坏机制;而强柱系数≥1.5的模型结构均形成整体破坏机制.强柱系数≤1.2的模型,按层设计可使常规多层钢框架结构的层间损伤得到缓和;各模型柱端塑性变形能量随强柱系数增大而减小,梁端塑性变形能量则随强柱系数增大而增大.研究结果可为钢框架结构设计提供最基础的参考数据,为钢结构设计工程服务.     

屈曲约束支撑布置方式对钢框架抗震性能的影响

钢框架结构中,不同的屈曲约束支撑布置方式对结构的耗能减震性能有较大影响.采用有限元软件SAP2000,对5跨8层钢框架结构模型进行弹塑性动力分析,对比不同的屈曲约束支撑布置方案下的结构动力特性与动力响应.结果表明,支撑布置在中间跨要优于边跨;支撑沿长度方向上通长布置,能够充分利用屈曲约束支撑在罕遇地震作用下的耗能减震性能.     

碳纤维加固RC框架结构抗震性能

利用ANSYS软件对一栋三层钢筋混凝土框架结构进行了抗震性能分析,研究了碳纤维加固框架结构在地震作用下,节点的受力和变形特征、梁柱纵筋的应力增长变化以及结构动力特性等,并与普通框架结构进行对比分析。结果表明：加固后框架结构的楼层最大位移较普通结构明显提高,结构的延性显著改善,有利于结构的抗震。在节点处采用外包碳纤维布加固,可以提高框架柱的抗弯能力,使塑性铰首先出现在梁端,钢筋混凝土框架结构在地震作用下,破坏时更接近＂强柱弱梁＂的特点。     

冲击荷载下固支梁弹塑性动力响应分析

为了研究在冲击荷载下固支梁的弹塑性动力响应,首先利用能量法推导固支梁在冲击荷载下动力响应的简化计算方法,将跨中挠度和冲击荷载响应作为梁动力响应的评价指标;然后通过一些算例对固支梁与简支梁的动力响应进行对比来探讨不同边界条件对受力的影响,为结构抗冲击安全设计提供指导;最后利用有限元软件ANSYS/LSDYNA模拟固支梁在外部冲击物碰撞作用下的动力响应并与解析结果进行对比,在分析时考虑材料应变率和接触变形.结果表明:提出的弹塑性动力响应判别方法、动力响应简化计算方法和评价指标都是可行的;固支梁相对于简支梁更有利于承受冲击荷载;当质量比与冲击物速度比较适中时,跨中挠度和冲击荷载响应的解析解和数值解相符较好;在相同的冲击能量下,冲击物质量和速度所占的比例不同,动力响应所经历的时间历程不同.     

腹板开孔型钢结构梁-柱节点滞回性能的有限元分析

钢结构梁-柱焊接节点在动力作用下会发生脆性断裂破坏,采用腹板开孔的方法可以将塑性铰从节点部位移动到梁上。本文用数值分析方法对梁腹板开设圆形洞口的削弱节点和没有削弱的梁柱节点进行了分析。分析表明,梁腹板削弱节点有足够的塑性变形能力,可以达到减小节点表面梁翼缘处的应力,迫使塑性铰外移的目的。     

板件弯剪屈服型耗能支撑钢框架结构抗震性能

为了研究板件弯剪屈服型耗能部件对钢框架结构抗震性能的影响,通过ABAQUS有限元分析软件建立了一系列带有板件弯剪屈服型耗能部件的双层单跨单斜支撑钢框架结构数值模型,探究了结构的破坏模式以及不同参数对结构的承载能力、耗能能力、支撑与支撑框架结构之间的承载力分配、耗能分配等抗震性能的影响规律。分析结果表明：板件弯剪屈服型耗能支撑钢框架结构主要依靠耗能部件的剪切板和弯曲板先后屈服进入塑性耗散能量;结构滞回曲线饱满,耗能性能良好;加载前期,主要由耗能支撑承担结构的水平承载力和能量耗散,加载中后期,梁与节点板相接的翼缘和柱脚外翼缘出现应力集中现象而进入塑性,耗能支撑的水平承载力和能量耗散占比逐渐降低,但仍大于50%。可见板件弯剪屈服耗能支撑能够较好地分担钢框架结构的承载力和能量耗散,可考虑应用于实际工程。     

节点域尺寸对钢框架节点塑性损伤分布规律的影响

为了研究节点域尺寸对钢框架节点塑性损伤分布规律的影响,以钢框架结构中常见的"十字型"梁柱节点为研究对象,通过节点域受力的平衡准则,着重对柱类型(箱型、钢管)、柱轴压比、梁柱截面高度比、柱宽度与层高比及结构跨高比等基本参量进行了分析。分析结果表明:梁、柱及其节点域组成的钢框架节点的塑性铰位置按不考虑节点域尺寸来判断时可能会出现误差。随柱轴压比、梁柱截面高度比增加,节点域与柱的强度比增加;而随跨高比的增加,节点域与柱的强度比减小。箱型柱钢框架结构的柱轴压比小于等于0.4时,柱强度为节点域强度的1.0倍至2.5倍。实际工程柱梁尺寸范围内,钢管柱钢框架的节点域强度大于同截面的柱强度。     

架空输电铁塔动力风响应的数值模拟

运用有限元数值方法分析了两跨三基架空输电线路的顺风向动力响应.中间铁塔由空间梁单元进行模拟，两端的铁塔通过动力等效简化为梁模型。假设悬垂架空线节点具有空间三个方向平移特征，并引入了几何非线性的影响。在考虑各节点风力空间相关的条件下，利用Karman 风速功率谱对节点风力进行了数值模拟。研究表明，在分析架空输电铁塔风载条件的动力响应时，应该考虑架空线的动力响应特性的影响。提出的计算方法为进一步研究输电线路结构 的安全性与可靠性提供了基础。     

梁腹板开圆孔节点的分析模型

在距柱表面一定距离的梁腹板上开设一定大小的孔洞是改善钢框架结构抗震性能的一种有效手段,文中结合试验结果提出了梁腹板开圆孔节点的分析模型.为了能够在结构的弹塑性分析中考虑梁腹板开圆孔节点的影响,除在梁端、柱端设置塑性铰外,还应在腹板孔削弱处增设塑性铰.新增塑性铰位于腹板削弱区域最危险截面处,其弯矩-转角关系与普通实腹式钢梁一致,仅屈服点存在一定的差异.利用该模型对梁腹板开圆孔节点的拟静力试验及含梁腹板开圆孔的钢框架抗震性能试验进行了模拟,其结果能满足工程要求.     

基于失效模式的半刚性钢框架结构优化设计

本文为实现半刚性钢框架结构的失效模式控制,获得具备整体耗能能力及经济性的结构设计方案,使用基于能量平衡的塑性设计方法中的失效模式控制约束条件,同时考虑钢框架结构的梁柱连接节点半刚性的影响,通过精英保留的遗传算法进行结构优化设计.以一榀十层单跨钢框架结构为例进行优化,对优化设计结果进行Pushover分析,研究其塑性铰的...     

节点域尺寸对H型钢截面局部钢框架塑性损伤规律影响的分析

为了研究节点域尺寸对H型钢截面局部钢框架塑性损伤规律影响,以常见的梁、柱及节点域组成的十字形钢框架结构为分析对象,以H型钢柱截面类型、轴压比、节点域高宽比、节点域宽度与层高比、节点域高度与跨度比及结构跨高比等为主要研究参量;基于力学平衡准则进行分析。结果如下:如果用不考虑节点域尺寸时构件的强度来判断柱、梁及节点域组成的框架节点的破坏机制(塑性铰形成位置),可能会出现误判;H型钢截面局部钢框架的节点域与柱强度比,随轴压比和节点域高宽比的增大而增大,而随跨高比的增大而减小。柱为宽翼缘H型钢时,节点域先于柱形成塑性铰;柱为中或窄翼缘H型钢时,轴压比为0.6及节点域高宽比等于2时以外,基本上节点域先于柱形成塑性铰;轴压比小于等于0.4时,H型钢柱强度是节点域强度的1~5倍,可能导致实现"强节点域"的构造处理施工的困难。     

基于刚度等效的钢波纹板叠合梁结构数值分析

为了探索钢波纹板叠合梁受力性能,依托湖南某旧桥加固工程,通过刚度等效的方法建立了等效矩形梁的数值模型并论述了应力换算方法,在等效矩形梁模型的基础上分析了车辆荷载作用下结构受力特性与施工阶段的结构受力特性.研究表明:采用等效矩形梁模型能够分析叠合梁结构受力,获得的截面边缘应力可根据本文公式换算成相应叠合梁的应力,除边界处应力误差较大以外其他点位的换算应力较为准确;活载作用下最不利工况发生在双后轴对称作用于拱顶情况,此时的弯矩与轴力最大,计算活载时应采用此工况;施工过程中最不利情况为一侧回填产生偏心加载的情况,此时结构弯矩最大但轴力最小,施工结束后结构所受轴力最大,施工过程分析不能忽略这两种工况; CHBDC规范中的计算方法不适于钢波纹板叠合梁结构,需采用其他方法分析.     

现浇框架结构柱端CFRP加固强柱弱梁效果分析

为研究柱端碳纤维增强复合材料(CFRP)加固对框架结构强柱弱梁效果的影响,利用有限元软件ANSYS对一栋三层现浇钢筋混凝土框架结构做了拟静力数值分析,考虑了现浇楼板对梁抗弯承载力的影响,对框架结构普通梁板柱节点和柱端用碳纤维加固节点的计算结果进行了对比。分析结果表明,梁肋附近楼板钢筋应力随梁端弯矩加大而明显增加,现浇楼板内钢筋对梁抗弯承载力提高的影响不容忽视。在节点处采用外包碳纤维布加固,可以提高框架柱的抗弯能力及延性,使塑性铰首先出现在梁端,使钢筋混凝土框架结构在地震作用下,破坏时更接近"强柱弱梁"的特点。     

考虑折叠效应的一种钢结构新型梁-柱节点的低周反复试验研究

提出了一种新型钢框架梁-柱削弱节点形式——波纹腹板削弱型节点.这种新型梁-柱节点是将靠近柱翼缘的工字梁腹板局部改成具有折叠效应的波纹腹板来削弱工字梁的抗弯能力,将失效部位从梁-柱节点的焊接部位转移到工字梁波纹腹板所在截面处,达到塑性铰外移的目的.而且波纹腹板还可以阻止受压翼缘在屈服之后发生局部失稳.本文通过低周反复试验考察了波纹腹板削弱型梁-柱节点的抗震性能.试验表明,波纹腹板削弱型梁柱节点的强度破坏出现在波纹腹板处的截面,梁柱连接处的焊缝没有破坏,实现了塑性铰外移的目的;而且由于波纹腹板的支撑作用,翼缘在屈服后没有严重局部失稳.另外,通过和传统梁柱节点对比发现,波纹腹板新型梁柱节点在出现塑性铰后没有出现明显的强度退化现象,波纹腹板削弱型梁柱节点的滞回曲线稳定饱满,具有更好的耗能性能.综上所述,该波纹腹板削弱型梁柱节点起到将塑性铰从梁柱根部外移、护梁柱焊缝的作用,具有良好的延性和滞回耗能性能,可以替代传统梁柱用于钢框架结构.     

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。     

空间钢框架连续倒塌拟静力试验

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到200 mm时,失效区域部分框架梁全截面受拉;当竖向位移接近250 mm时,梁柱连接节点处焊缝发生断裂。目前应用比较广泛的H型钢全焊接刚性连接节点延性不够好,在梁形成明显的悬链线效应之前即发生破坏。采用显式动力法以准静态的加载方式对试验过程进行了模拟,建议在对含有H型钢全焊接刚性连接节点的钢框架结构进行连续倒塌分析时,采用较精确的节点模型以真实反应节点的受力。     

钢筋混凝土板局部受火有限元分析

用有限元分析的方法对三跨连续钢筋混凝土板火灾下的温度场进行了仿真计算,研究了边跨和边中两跨同时受火时结构的响应.发现两者最大挠度都发生在受火边跨;都是在支座处首先形成裂缝,之后裂缝随温度的升高不断扩展,最终在负筋截断处形成破坏铰,但出现塑性铰的位置和塑性区的范围不同.     

梁腹板削弱式刚性钢框架抗震性能研究

根据钢框架强柱弱梁的抗震设计原则,按照有效控制梁上塑性铰位置的思路,对在梁腹板上进行开孔削弱的节点形式,通过开孔位置和大小的设计,控制节点处塑性铰形成的位置,进行三维有限元模拟分析,并将削弱位置和尺寸不同的节点构造形式与传统的梁柱节点进行对比分析。ANSYS模拟结果表明,采用腹板开孔的形式能大大缓解节点的应力状态,改善节点的延性性能,降低节点发生脆性破坏的可能性,提高结构的抗震性能。     

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.