基于钢结构BIM模型的结构分析数据转换和软件开发

为解决当前在钢结构建筑信息模型(building information modeling,BIM)与结构分析模型之间进行数据转换时存在的关键技术问题,本文在分析工业基础类(industry foundation classes,IFC)标准表达方法的基础上,以ABAQUS为结构分析平台,开发了钢结构BIM模型数据转换算法,运用C#语言和Xbim工具包,实现了结构构件信息提取、构件空间位置调整和分析数据自动添加,并形成了相应的转换软件;通过钢框架结构实例分析验证了该软件的可靠性和准确性,并将其应用于安阳市游客集散中心的BIM模型转换和结构分析。结果表明,所开发的算法和软件解决了生成的结构分析模型节点不连接和人工添加分析数据工作量大等问题,实现了BIM中的钢结构设计模型或深化设计模型向ABAQUS结构分析模型数据的准确转换。与传统的在ABAQUS中直接建立结构分析模型相比,本文提出的方法能大大提高复杂钢结构的结构分析建模速度和效率。

不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点试验研究

不锈钢复合钢材是一种成本低、强度高、耐腐蚀性能优异的高性能钢材,其在对耐腐蚀要求高的工程结构应用中尤其具有竞争力。该文旨在通过试验,研究不锈钢复合钢材焊接方管T形节点在静力和低周往复荷载作用下的力学性能,设计、制作了4个管节点试件并完成了加载,基于试验结果重点研究了各管节点试件的试验过程、破坏模式、荷载-位移响应和应变发展等;按中国规范GB 50017和欧洲规范EN 1993-1-8进行了节点承载力计算,并与试验值进行了对比。研究结果表明,对于支管承受轴向压力的管节点试件,以主管上表面塑性破坏为主;对于支管承受水平低周往复荷载的管节点试件,以主管上表面塑性变形和主管与支管之间连接焊缝断裂破坏为主;当管节点破坏模式符合现行规范GB 50017和EN 1993-1-8中规定时,相关承载力计算公式仍适用于此类不锈钢复合钢材焊接方管T形管节点的设计计算。

循环荷载作用下结构钢材本构关系试验研究

为准确模拟结构的地震响应,寻找在循环荷载下钢材的本构关系,采用工程常用Q235B及Q345B钢材共50个试件,施加多种加载制度,分析其单调性能、滞回性能、宏观微观破坏形态、延性特征以及损伤退化特性,并采用Ramberg-Osgood模型对循环加载骨架曲线进行拟合,进而得到Q235B及Q345B钢材在循环荷载下的一维应力应变关系骨架曲线;在Chaboche钢材塑性本构模型的基础上,通过试验标定,确定了两种等级钢材本构模型的关键材料参数,并结合通用有限元程序ABAQUS对试验结果进行有效模拟,为今后准确计算结构在地震荷载下的反应提供重要依据.结果表明:钢材在循环荷载下的反应与在单调荷载下的本构关系有很大差别,循环荷载下的骨架曲线对于准确的数值模拟起到重要作用;循环的圈数以及幅值会严重影响构件的断裂延性,钢材在循环荷载下的破坏应变不能按照单调荷载来确定.

点支式玻璃建筑单层索网柔性支承体系及其工程应用

单层索网体系是点支式柔性支承玻璃幕墙结构中的一种新型体系 ,以其僵筑结构简捷、轻盈美观、通透性好等优点深受许多建筑师的青睐 ,应用前景广泛。由于采用了柔性索杆 ,它的设计方法不同于其他一般的幕墙结构 ,除满足结构强度、刚度、变形要求外 ,还要考虑预应力和几何非线性问题。结合单层索网柔性支承体系在国内外幕墙工程中的应用 ,阐述了该体系的受力特点、研究现状和存在的问题 ,并对其设计分析和施工技术中的主要问题进行了探讨。

循环荷载下低屈服点钢材LYP225的力学性能

为了研究低屈服点钢材LYP225的循环本构关系,对18个试件进行单调加载和循环加载,研究其单调曲线、滞回特点、破坏形态等.基于Ramberg-Osgood模型拟合了对称逐级加载下的循环骨架曲线,通过试验滞回数据标定了基于Chaboche模型的等向强化和随动强化参数,并将其输入到Abaqus软件的混合强化模型中,对强化参数的准确性进行验证.结果表明:LYP225钢材的应力-应变关系与加载历史相关;在不同加载制度下LYP225钢材均表现出良好的延性特征;采用Ramberg-Osgood模型能较好地模拟LYP225钢材在循环对称逐级加载下的骨架曲线;将标定的混合强化参数输入到Abaqus软件中,所得结果能准确模拟LYP225钢材的滞回曲线.因此,LYP225钢材在循环荷载下的性能不同于单调荷载,通过试验数据拟合的强化参数可用于整体结构中的地震反应分析.

门式刚架梁柱Γ形节点受力性能的试验研究

完成了4个门式刚架梁柱Γ形端板连接节点试件的拟静力破坏试验,对设加劲肋的外伸式端板连接节点的承载力和刚度特性进行了研究.试验结果表明,必须考虑Γ形端板连接节点刚度对承载性能的影响,节点转动主要由节点域的剪切变形引起,受拉区的螺栓同时受弯矩和轴力作用.结合试验研究结果,对现行规范的相关设计原则进行了分析和验证,讨论了我国现行规范关于外伸式端板连接的设计方法中存在的问题,提出了一些设计建议.

钢结构半刚性端板连接弯矩-转角曲线简化计算方法

结合已有研究成果及国外规范的建议,对应用于多层钢框架中的半刚性端板连接梁柱节点提出了标准构造建议,并针对此类端板连接提出了相应的弯矩—转角(M-φ)曲线形式及简化计算方法。通过将计算结果与相关试验结果对比,证明了该方法能够较好地计算端板连接的弯矩—转角(M-φ)全曲线,特别是能够非常准确地计算端板连接在节点弯矩小于节点抗弯承载力设计值时的节点转角,从而能够很好地满足结构设计的要求;且该方法计算过程简单,可操作性较强,方便实际应用,为我国钢结构设计规范关于半刚性端板连接的设计计算方法提供了有益补充。

钢-混凝土组合扁梁受力性能的有限元分析

钢-混凝土组合扁梁是将钢梁内嵌于混凝土之中的新型组合梁,它能最大限度地降低结构的高度,形成类似"无梁楼盖"的结构体系,已在住宅钢结构中推广应用,其承载性能和设计方法研究引起了结构工程界的关注.本文采用通用有限元程序ANSYS研究了组合扁梁的承载力问题,通过建模计算了简支组合扁梁、悬臂组合扁梁和框架组合扁梁的承载力和变形特征,得到了相应的荷载-位移过程曲线,并与组合扁梁的试验结果进行了比较,验证了计算结果的正确性.

单层索网体系非线性自振特性研究

刚性结构通常采用“R ay le igh法”的线性化方法近似计算结构的基频,但是单层索网体系属于非线性预应力体系,其自振频率会随着振幅发生变化。通过分析结果表明,当节点质量较大时,用假定惯性荷载的方法计算的误差较大;“R ay le igh法”计算索网频率是基于微幅振动的假定,不能反映其振幅较大时的自振特性。本文采用连续化理论,推导了单层索网体系第一、二阶非线性自振频率近似公式,并将计算结果和瞬态分析结果进行对比,两者吻合较好。非线性自振特性的研究对于单层索网体系在风荷载作用下的响应分析具有十分重要的意义。

钢框架改进型梁柱节点滞回性能有限元分析

目的研究梁端局部削弱对节点延性的改善.方法结合改进型梁柱节点试验,采用高效准确的有限元模型对节点受力性能进行模拟,并对单元选取,螺栓受力行为、材料本构等方面进行详细研究.结果节点弹性刚度、承载力以及滞回性能有限元分析结果与试验吻合良好;标准型节点、狗骨头型节点、焊接孔扩大I型节点、焊接孔扩大II型节点4种类型节点有限元计算延性以及耗能能力均较好.工程中为保证节点延性,应保证焊接质量,减少焊接缺陷.结论不同的节点构造型式对节点的受力性能影响较大,其中焊接孔扩大II型节点改变了节点的破坏模式,改善了节点的延性,并且节点的承载力也没有明显的降低.

正弯矩区组合扁梁承载性能分析

钢-混凝土组合扁梁中的钢梁内嵌于混凝土楼板之中,最大限度地降低了结构的高度,增强了结构的防火能力.作为框架梁使用时,在竖向荷载作用下,跨中处于正弯矩区;水平荷载作用下,梁的一侧为正弯矩,另一侧为负弯矩.因此,明确正弯矩区组合扁梁的受力性能是进行结构分析的基础.对正弯矩区组合扁梁的抗弯刚度和承载力进行了理论分析,并通过简支梁的试验来验证理论分析结果的合理性.研究结果表明,组合扁梁抗弯承载力的理论值和试验值吻合良好,而刚度的理论值较为保守,主要原因是分析中没有考虑预制混凝土板对刚度的贡献.

混凝土楼板对钢框架梁柱节点抗震性能影响的试验研究

为了研究节点区混凝土楼板对钢框架梁柱节点抗震性能的影响,完成了4个不同构造形式的节点试件在低周循环荷载下的破坏试验,分析了节点构造与混凝土楼板配筋率等因素对节点承载力、转动刚度、极限转动能力、耗能能力、延性和极限破坏状态的影响。对节点破坏模式和滞回曲线的分析表明,保证焊接质量是避免节点脆性破坏的重要措施。采用长焊接孔的节点,使钢梁发生了局部屈曲破坏,既可减少局部应力集中,又可提高节点的延性,提高配筋率可以显著增强节点的抗弯承载力。另外,混凝土楼板的存在使节点在构造上存在不对称性,应该在节点设计中给予考虑。

点式支承玻璃建筑中金属连接件的简化设计方法

点式支承玻璃建筑近年来得到了广泛应用 ,但对其中的金属连接件还未给出承载力的设计公式 ,对连接件的试验研究和有限元分析也表明 ,连接件相对于玻璃板有很大的强度储备 ,还可以进一步优化其外形。基于理论、试验和有限元计算分析 ,给出了连接件在主要受力状态下的承载力简化设计方法。

中高强度钢材钢框架梁柱组合节点抗震性能试验研究

为了研究中高强度钢材的采用对钢框架梁柱组合节点抗震性能的影响,通过4个足尺钢框架梁柱组合节点试件在往复荷载作用下的破坏试验,获得了节点承载性能、滞回性能和破坏模式。试验从钢材强度、混凝土楼板配筋率、加载方式等影响因素出发,用承载力、极限转角、环线刚度、延性与耗能能力等指标评价节点的抗震性能。由试验结果可以看出:节点主要破坏模式为钢梁下翼缘局部屈曲和混凝土压溃;采用中高强度钢材可以有效地提高节点承载力,同时在一定程度上改善抗震性能和延性;楼板配筋率对中高强度钢材节点承载性能和延性耗能影响不大;正对称受力节点具有更好的极限承载力和环线刚度。

钢框架梁柱组合节点滞回性能有限元分析

钢框架组合节点考虑楼板组合效应后,其承载能力大幅提高,节点区刚度相应增大,可能对抗震造成不利影响。采用通用有限元软件ABAQUS建立非线性精细有限元模型,并对单元选取,螺栓受力行为和材料的应力应变关系及损伤模型的确定进行详细说明。结合国内外已有的钢框架组合梁节点拟静力试验,验证了非线性有限元模型的正确性和适用性。试验和有限元分析结果均表明:考虑楼板的组合效应之后,该类型节点的刚度和承载力均有较大幅度提高,承载力提高幅度约为26%,节点区弹性刚度提高了30%左右;在静力往复荷载作用下,该类型节点的滞回曲线较为饱满,耗能能力强,具有良好的抗震性能。

铝合金受弯构件整体稳定性的试验研究

通过试验研究工字型铝合金挤压构件在纯弯荷载作用下的整体稳定性。构件的材料包括两种:6061-T6和6063-T5,分别代表弱应变强化合金与强应变强化合金。构件截面包括双轴对称与单轴对称两种类型,构件的端部严格约束了侧向的转角。试验过程中荷载持续增加,直至达到构件承载力峰值。试验共测量了40根铝合金梁在纯弯荷载下的稳定承载力,铝合金梁的破坏形式涵盖了弹性失稳和弹塑性失稳。材性拉伸试件分别从每种材料的铝合金梁的翼缘和腹板上切取,共进行了8组试验。并且把试验结果与早期研究得到的计算方法相比较,证明了计算方法的准确性。

驳接式玻璃结构建筑及其玻璃板承载性能分析

近年来 ,驳接式玻璃幕墙在现代建筑中获得了广泛应用 ,但对它的理论研究却滞后于它的工程应用。通过对驳接式幕墙节点构造的研究 ,分析了驳接式玻璃幕墙的受力性能 ,并列举了相应的工程实例。最后 ,利用有限元程序ANSYS对不同形式玻璃板的受力特性作了比较与分析 。

点支式幕墙单层索网谐波地震响应的几何非线性研究

预应力平面单层索网是几何非线性较强的柔性张拉结构,由索中预拉力及几何非线性提供平面外刚度,在静力平衡位置预应力刚度较小,荷载作用下结构发生较大变形,因而产生了较大的几何刚度。针对几何非线性对此结构受力特性影响的重要性,对结构几何非线性作了定量分析,提出了几何非线性因子的概念;采用几何非线性时程分析方法,探讨了影响不同几何非线性的单层索网的谐波地震响应。分析结果表明,索网长宽比及索预应力对几何非线性影响较大;单层索网动力响应存在峰值共振偏移现象;并指出峰值共振频率不同于结构的线性自振频率和非线性自振频率。

钢框架梁柱栓焊连接组合节点抗弯承载力分析

为了得到钢框架组合节点抗弯承载力的计算方法,采用"组件法",借鉴已有对各组件承载力的研究结果,计算抗弯承载力时考虑了包括钢梁柱屈曲、混凝土局部受压、腹板抗剪、栓钉剪切等因素对节点承载力的影响。根据足尺试验中组合截面应变分布特征,用两种方法推导出栓焊连接组合节点正负弯矩承载力公式。与现有试验数据的比较说明,公式可以较准确且偏保守地计算节点抗弯承载力,方便于设计应用。

加固用钢结构栓焊并用连接承载性能研究

栓焊并用连接节点在钢结构加固工程中具有很好的应用前景,但螺栓连接与焊接连接的刚度和延性的差异,使得栓焊并用连接受力性能复杂,其承载能力并不是螺栓连接与焊接的简单叠加。进行了高强度螺栓摩擦型连接与侧端部角焊缝并用连接试件承载性能的试验研究,得到了摩擦型高强度螺栓连接与角焊缝焊接的并用连接试件的承载力与螺栓和焊缝承载力的关系,分析了栓焊并用连接节点的承载性能。结果表明,高强度螺栓摩擦型连接与侧焊缝焊接连接在一定的强度范围内可以很好地共同工作。根据试验结果提出了栓焊并用连接节点的设计建议。