体外预应力钢—混凝土组合梁连续倒塌性能分析

为了研究体外预应力钢—混凝土组合梁在中柱失效情况下的连续倒塌性能,利用ANSYS软件对10根组合梁柱子结构试件进行了有限元建模,分析了转向块布置形式、混凝土板中配筋率、组合梁跨高比、栓钉间距、钢梁高度等参数对体外预应力组合梁连续倒塌性能的影响。研究结果表明,预应力有助于组合梁内悬链线效应的形成和发展;跨高比、钢梁高度等参数对组合梁的抗倒塌承载力影响显著;在采用静力方法分析体外预应力组合梁的连续倒塌性能时,倒塌荷载的动力增大系数(DIF)可在1.24~1.32取值。     

基于精细化有限元模型的混凝土框架结构动力倒塌承载力

为评估混凝土框架结构在柱子突然失效时在动力荷载作用下的承载能力，以研究团队开展的现浇（RC）和全装配式（PC1明牛腿插销节点）混凝土框架子结构中柱移除多级重复倒塌动力试验为基础，通过初级垮塌荷载工况下位移响应曲线的拟合，校核了论文中用ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性，并利用拆除构件法对框架结构的抗连续倒塌性能进行了损伤量化评估. 由于研究团队试验是多次重复垮塌试验，无法获取RC和PC1（明牛腿插销节点）试件一次倒塌所承受的荷载，对于全装配式（PC2暗牛腿插销节点）未进行动载试验，根据准确校验模型利用试算法分别预测了RC、PC1和PC2框架结构的最终破坏荷载，并对三者的破坏模式和损伤情况进行了对比分析. 破坏时，RC梁柱损伤严重，梁端钢筋拉断，装配式梁端连接区混凝土被压溃，插销杆被剪断，且现浇试件的抗倒塌能力明显高于全装配试件，此外还发现，通过加强装配式结构的角钢能提高其抗倒塌承载能力.     

预制预应力混凝土板组合梁受力性能试验研究

针对钢与混凝土连续组合梁负弯矩混凝土开裂问题提出了预制预应力混凝土板组合梁结构形式.为了对比和分析预制预应力混凝土板连续组合梁与常规连续组合梁力学性能的异同,进行了2根连续组合箱梁的静力试验.测试了在不同荷载作用下组合梁的变形、不同截面上构件的应变分布、混凝土的裂缝、钢与混凝土之间的相对滑移以及极限承载力等.由试验测试结果可得预制预应力混凝土板连续组合箱梁的初始开裂荷载和正常使用状态的极限荷载分别是普通连续组合梁的3.16倍和2.61倍.通过计算分析得到在相同预应力情况下的预制预应力混凝土板连续组合梁的开裂弯矩是常规预应力组合梁的1.54倍.     

二层钢框架—组合楼板体系抗倒塌试验研究

框架梁设计时按组合梁考虑混凝土楼板刚度,设计2层钢框架—组合楼板结构体系,采用卷扬机对拟失效柱突然施加水平力将其从体系中"去除",进行抗倒塌试验研究剩余结构抗倒塌性能.试验结果表明:由于组合楼板的加强作用,试验框架具有较高的冗余度,组合楼板和框架梁共同作用,提供了较高的抗弯刚度,使得框架柱失效后形成新的荷载路径,各构件未发生继发性破坏.由此可见,采用组合楼板时,按现行规范进行设计的框架结构具有较高的冗余度,混凝土楼板在框架结构抗倒塌性能分析中的作用需要进一步评估.     

不同板中配筋形式下板柱结构的连续倒塌性能

在爆炸、冲击等偶然荷载作用下,钢筋混凝土(RC)板柱结构中承重柱失效可能导致结构发生局部或整体连续倒塌破坏.为了研究板中配筋形式对RC板柱结构抗连续倒塌性能的影响,制作了2个1/3比例的板柱子结构模型,通过单调静力加载试验研究了角柱缺失条件下结构的连续倒塌性能.试验研究表明:在混凝土板内配置连续上层钢筋可以有效减小板上裂缝的宽度;与板中采用非连续上层配筋的试件相比,采用连续配筋试件的屈服荷载、第一个峰值荷载和极限承载力分别提高了38.4%、31.8%和7.5%,在动力荷载作用下试件的抗倒塌能力也得到了明显提高;板中拉膜效应对于塑性铰线机制失效后结构的抗倒塌承载力贡献显著.     

钢-混凝土组合框架动力性能参数分析

为了全面研究钢-混凝土组合框架结构动力性能,对单层单跨的钢管混凝土柱和组合梁组成的组合框架进行动力性能参数分析.讨论了钢管混凝土柱含钢率、柱长细比、柱轴压比及钢-混凝土组合梁剪力连接度对固有频率和地震响应的影响.分析表明,固有频率随含钢率的增加和梁柱线刚度比的增大而增大,随柱长细比的增大而减小,组合梁剪力连接度对组合框架固有频率无明显影响.位移响应随柱含钢率的增大而减小,随柱长细比的增大而增大,随梁柱线刚度比减小而增大.而轴压比对组合框架地震响应峰值影响较小,剪力连接度大于0.73时,对组合框架位移响应的影响并不明显.根据参数分析结果,得出各参数对钢-混凝土组合框架动力性能的影响规律,并提出相应的设计建议,以期为工程实践提供参考.     

多层空间钢网格盒式结构的连续倒塌动力效应分析

本文研究一种新型的结构体系——装配整体式空间钢网格盒式结构。这种结构体系主要由横向钢—混凝土协同式组合空腹夹层楼盖及竖向单层钢网格墙体组成;为了考查盒式结构抗连续倒塌的性能,建立一个五层钢网格盒式结构进行动力非线性分析,主要分析柱失效时间和层数对结构连续倒塌动力效应的影响。分析结果表明:柱失效时间、层数的变化对盒式结构的动力效应有不同程度的影响。     

混凝土框架子结构角柱快速移除数值分析

研究了钢筋混凝土(RC)框架子结构在角柱突然失效模式下剩余结构的动力响应.依据Qian等完成的角柱快速移除动力试验,利用大型有限元软件ABAQUS/Explicit建立了精细化的有限元模型.在有限元模型中考虑了钢筋混凝土材料的应变率效应,并进行了现场试验的全过程加载模拟,模拟获得的位移响应曲线和破坏模式与现场试验吻合良好,较好地模拟了混凝土框架子结构角柱快速移除试验的全过程.在成功进行了模型校验的基础上,分析了角柱的失效时间和横向水平约束刚度对结构动力响应的影响,结果表明,延长结构的失效时间和增大横向水平约束刚度均能够有效地提高结构的抗倒塌性能.     

钢-混凝土预制板组合梁的组合性能

通过制作了12个推出试件,研究了栓钉连接件在不同工作环境下的抗剪承载力及其抗滑移性能;并对不同孔型、不同抗剪连接度的3根钢-混凝土预制板组合梁进行了静力性能试验,对比分析了钢-混凝土预制板组合梁的荷载-滑移、荷载-挠度、荷载-组合梁全截面应变及截面整体工作性能.结果表明:预留后灌孔为方孔推出试件的栓钉承载力比圆孔好;孔内填充混凝土强度对栓钉承载力影响很大,孔内混凝土强度高则栓钉承载力好;3根试验梁的截面应变分布满足平截面假定的要求,且均为弯曲破坏形式;组合梁具有良好的组合效应及受弯性能,完全抗剪连接的组合梁与部分抗剪的承载力接近,但完全抗剪组合梁钢梁与混凝土板界面间得滑移值明显小于后者.本文结果将增进对钢-混凝土预制板组合梁的理解和认识,为今后改进该类型梁工程设计提供有价值的参考.     

大跨度钢管翼缘组合梁桥车桥耦合振动性能分析

为了研究钢管翼缘组合梁桥的动力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了三维车桥耦合振动模型,采用了隐式动力学分析了路面平整度、车辆载重、速度、上翼缘钢管内填混凝土等级和含钢率等因素对管翼缘组合梁桥动力性能的影响,以及与管翼缘组合梁竖向刚度等效的工字钢梁和混凝土梁的动力性能,得出了以下结论：随着路面不平顺程度的增大,管翼缘组合梁的动力响应呈几何倍数增长,并且只有当路面等级为B时才与现行《公路桥涵设计通用规范》中公式计算的动力冲击系比较吻合;车辆载重与其跨中挠度呈线性相关;速度对其的影响比较复杂,当车辆速度超过60 km/h时,其动力响应随速度增大呈非线性增长;上翼缘内混凝土等级和含钢率对其动力影响极小;相对于等效工字钢梁和等效混凝土梁,管翼缘组合梁桥重量轻,整体弹性模量较小,同等荷载下跨中挠度比较大。通过上述的动力性能研究为以后大力发展此类型桥提供技术保障。     

中空夹层钢管混凝土柱与组合梁单边螺栓连接节点抗震试验研究

为了深入研究装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点的抗震性能和破坏机理,文章进行了4个中柱节点的水平低周反复加载试验。试件由圆套圆中空夹层钢管混凝土柱与钢-混凝土组合梁通过单边紧固高强螺栓和平齐或外伸端板连接组成。文中详细研究了试件破坏形式和组合楼板的裂缝分布规律,分析了滞回曲线、强度和刚度退化规律及耗能能力等,采用欧洲相关规范评价了此类装配式组合框架节点的刚性。试验结果表明,端板形式和柱截面空心率对此类装配式组合框架节点的承载力和耗能能力有明显影响。当端板形式相同时,柱截面空心率为0.61的节点承载力和总耗能比柱截面空心率为0.73的节点有明显提高;当柱截面空心率相同时,外伸端板连接节点的承载力和总耗能优于平齐端板连接节点。分析表明,装配式圆中空夹层钢管混凝土组合框架节点为半刚性连接、部分强度节点。研究成果可为此类新型装配式组合框架在实际工程中应用提供科学理论依据。     

预压装配式预应力混凝土框架抗连续倒塌数值分析

文章通过对预压装配式预应力混凝土框架的拉结强度设计分析和拆除构件法设计模拟,研究了预压装配式框架在6种工况下拆除失效柱后,剩余结构的抗倒塌能力和抗连续倒塌机制.分析结果表明:预压装配式框架除顶层边柱外,其余剩余结构的稳定性较好,抗倒塌能力很强;由于预应力筋的存在,边柱破坏时,在小变形范围内,框架梁以梁机制提供抗连续倒塌...     

界面滑移、竖向掀起及剪切变形对钢-混凝土组合连续梁动力性能的影响

利用力的平衡原理及变形协调条件,在Euler梁和Timoshenko梁理论基础上,分别建立3种钢-混凝土组合梁动力学模型,通过推导相应动力学方程,编制计算分析程序,计算组合梁模型的弯曲振动频率、振型以及在各种动力荷载工况下的动力响应,并与ANSYS模拟结果进行比较分析,验证各种计算模型的合理性,讨论界面滑移、竖向掀起及剪切变形对组合连续梁振动特性和动力响应的影响程度.研究结果表明:考虑界面滑移和剪切变形影响时,组合梁自振频率明显降低,动力响应显著增大,而是否考虑竖向掀起对组合梁自振频率和动力响应均无明显影响;综合考虑3种因素影响的组合连续梁模型所得结果与ANSYS分析结果最符合,并能较好地模拟钢-混凝土组合连续梁的动力性能.     

衔架钢筋混凝土材料受力性能研究

为探讨带衔架钢筋混凝土材料的受力性能,设计了4组试验,现场预制4个混凝土构件,通过对4个构件的荷载-挠度试验、混凝土荷载-应变、下弦钢筋荷载-应变曲线对比分析,结果表明:1)在一定范围内,随施工荷载的增加,4个试件(S_1、S_2、S_3、S_4)的挠度呈线性规律增加,随后随荷载的继续增大构件裂缝逐渐增多,S_1、S_2、S_3、S_4构件彻底断了时施加的荷载分别为93.5 kN、113.8 kN、95.4 kN和107.2 kN,所对应的挠度分别为31.4 mm、41.5 mm、42.3 mm、45.1 mm;2)4个试件的挠度由0增至30 mm时,所需的荷载急剧增大,随后增大幅度有所减小;3)4个试件的应变均是随荷载增大逐渐减小,当荷载为0时应变也为0,随后几乎都是呈指数形式变化;4)S_1和S_2试件下弦钢筋的荷载为50 kN左右时,衔架钢筋完成了塑性状态到弹塑性状态的变化,当荷载为95 kN时又由弹塑性状态转变为塑性状态;S_3和S_4试件下弦钢筋在2种状态变化对应的荷载值分别37.5 kN和85 kN。     

新型角钢连接的钢-叠合板组合梁在负弯矩下的受力性能

为研究装配式钢筋桁架叠合板组合梁在负弯矩荷载下的受力性能,同时考虑传统预制底板出筋的形式给运输和现场施工带来的不便和安全隐患,提出一种预埋新型角钢连接件形式的钢-叠合板组合梁,采用反向静力加载试验,对比分析了预埋新型角钢连接件形式和传统预制底板出筋形式钢-叠合板组合梁的裂缝发展、破坏模式、界面滑移规律、加载点沿截面高度的应变以及跨中截面与1/4跨处的荷载-挠度变化,并根据不同计算方法的结果提出计算钢-叠合板组合梁裂前刚度的适用方法,同时采用ABAQUS有限元软件分析了不同叠合板纵向配筋率和新型角钢连接件尺寸对钢-叠合板组合梁受力性能的影响。结果表明：预埋新型角钢连接件的叠合板组合梁与传统预制底板出筋形式的叠合板组合梁的破坏形式基本相似,都发生了弯曲-纵向剪裂的破坏;抗弯承载力两者基本相同,但新型叠合板组合梁抗弯刚度要大于传统预制底板出筋形式的叠合板组合梁,且协同变形能力也更优;叠合板的纵向配筋率和新型角钢连接件的尺寸对钢-叠合板组合梁的受力性能均有影响,提高纵向配筋率以及新型角钢连接件的长度可提升钢-叠合板组合梁的承载力和刚度,而新型角钢连接件的高度对钢-叠合板组合梁无明显影响;通过不...     

钢与高强混凝土组合梁的抗裂性能

研究了4根钢与高强混凝土组合梁的抗裂性能·试验表明,当荷载达到极限荷载的40%左右,微裂缝首先在加载点下的混凝土板底面出现,然后在加载点间逐渐增加,最后裂缝贯穿板顶;得到组合梁的混凝土板及型钢应变与荷载关系的曲线,分析钢与高强混凝土组合梁工作机理·利用弹性分析理论建立钢与高强混凝土组合梁开裂荷载的计算公式,计算结果与试验结果对比,二者吻合良好·给出了钢与高强混凝土组合梁裂缝宽度的计算公式·     

钢管混凝土组合框架抗连续倒塌鲁棒性初步分析

为研究钢管混凝土框架结构的竖向连续倒塌易损性,设计了一个8层4×4 跨钢管混凝土柱-钢梁空间框架,利用有限元软件ABAQUS,采用静力加载方法,对原结构及拆除各底层柱后的剩余结构进行模拟研究;在已有改进后的两种基于构件重要性的易损性分析方法的基础上,分别计算结构构件的重要性系数;并计算了双柱失效工况下结构的鲁棒性系数,分析了该类结构的竖向鲁棒性.结果表明:两种方法计算结果相近,构件重要性系数的变化趋势一致;外荷载的增加与结构鲁棒性呈负相关,角柱相对边柱和中柱较为重要;角柱与边柱同时失效时,结构发生倒塌的几率大大提升.实际中可采用备用荷载路径的方法对重要性系数较大的构件进行低易损性设计.     

大跨网壳结构的动力倒塌判别分析

为了研究大跨网壳结构的倒塌模式以及判别倒塌过程中各阶段所对应的临界荷载,基于LS-DYNA软件,同时考虑结构的双重非线性和材料的失效应变,对3种典型大跨网壳结构的倒塌过程进行了模拟.根据模拟结果,提出了大跨网壳结构的倒塌模式.参考增量动力分析方法,得到了带肋施威德勒网壳从动态失稳直至倒塌状态所对应的临界荷载,并且分析了...     

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。     

水平加强层对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响

为研究水平加强层对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,利用ANSYS有限元软件,以一幢10层钢框架结构为原型,根据支撑的设置方式建立了4种有限元模型,采用备用荷载路径法,将不同底层柱突然失效分为8种工况,对每种工况下的4种模型进行了动力非线性分析。分析结果表明：底层柱失效后,水平加强层可以有效提高结构的整体拉接力,从而显著减小破坏部位的竖向位移,并将荷载传递至失效柱的临近柱,避免结构构件发生屈服造成结构刚度的下降。在底层柱上方增设水平加强层可以以较低的造价增强结构的整体性,增强钢框架结构发生局部破坏后的内力重分布能力,提高抗连续倒塌能力。