新旧混凝土结合面剪切强度参数分析和计算研究

新旧混凝土结合面的抗剪强度是装配式混凝土结构和混凝土结构加固等领域重点关注的问题.基于搜集、整理的新旧混凝土结合面(以下简称结合面)的剪切试验数据库(含439个试件),对GB 50010―2010、ACI 318―19、Eurocode 2、PCI7th四个规范所给结合面抗剪建议计算式进行对比分析.结果表明:在各参数的影响下,ACI结果的保证率表现最好,而Eurocode 2计算强度的拟合效果最好;在结合面宽度达到300~400 mm时,GB 50010―2010的表现最好,但安全富余均较低,相对误差最大达到9倍.对数据库进行参数分析,发现结合面剪切强度τ_(exp)存在尺寸效应,与结合面的沿剪切方向尺寸关联较大;且τ_(exp)与夹紧力ρfy有较好的相关性.基于分析结果,根据叠加计算理论,对计算式提出建议和修正:分析引入尺寸效应系数β;同时修正了摩擦系数μ;应用了数据库拟合的销栓力分段函数,极大值为6.6 MPa.经对比验算证明,修正计算式在有无插筋及各种粗糙度情况下的误差最小,拟合效果最好,可为工程应用提供参考.

基于杆系离散元理论考虑构件断裂的单层网壳结构倒塌破坏模拟研究

塑性铰模型计算效率高,可快速获得结构宏观破坏模式,韧性断裂损伤模型从微观机制揭示钢材的断裂机理,可较准确预测钢材的断裂行为。为此,该文基于杆系离散元理论,将两者联合建立构件断裂模拟算法,既具有计算效率高的优势又保证构件断裂模拟的精度。首先介绍杆系离散元法的基本理论,以及宏观塑性铰模型和微观韧性断裂损伤模型具体计算流程;然后给出将两者联合分析的具体实施策略,即以接触截面边缘最不利点处的应力作为整个截面的应力状态,进而调用韧性断裂损伤模型。最后采用Fortran语言编制相应的分析程序,并通过悬臂梁断裂算例和单层网壳振动台倒塌试验,验证该算法对模拟杆件断裂行为的可行性和有效性。杆系离散元法模拟构件断裂时,截面发生开裂,颗粒间发生脱离是一个自然的过程,无需其他任何修正即可实现结构由连续体状态向断裂后非连续体状态过渡,与有限元方法相比,不存在网格畸变重划分、迭代不收敛的问题,更具计算优势,为大跨空间网壳结构倒塌破坏分析提供新的计算手段。

基于加速度反应谱与地震动持时的地震输入能量谱研究

建立具有设计意义的地震动总输入能量谱是实现结构能量设计的基础。根据中长周期段修正的加速度反应谱及地震动有效持时,提出了一种生成地震动输入能量谱的方法。统计270组人工波的时程分析结果,得到了以等效速度表征的四段式弹性单自由度(single degree of freedom,SDOF)体系总输入能量谱,并给出了不同场地类型、抗震设防烈度等设计条件下归一化等效速度谱的参数取值。在考虑延性系数及刚度折减系数的影响后,提出了弹塑性SDOF体系修正输入能量谱的等效速度谱,估算了引起结构损伤的滞回耗能占总能量的比值。该能量谱可为基于能量的结构设计及研究提供参考。

纵向非均匀温度下钢柱弹性屈曲荷载

在大空间建筑火灾中,由于热空气的上升,在纵向空间上的温度分布常常是不均匀的,上部的温度会远远高于下部的温度。该现象在火灾的轰燃发生后是十分显著的。在钢柱的抗火设计中考虑纵向温度的不均匀分布不仅符合实际情况,也更符合基于性能化的抗火设计理念。该文先以无端部约束钢柱为研究对象并假定其横截面上的温度均匀分布,基于能量法推导了其在一般场模型火灾条件下的弹性屈曲荷载;在简化的双区域火灾模型条件下,分别基于平衡微分方程以及能量法推导其弹性屈曲荷载,并采用数值分析对推导结果进行验证。发现基于平衡微分方程推导的精确解相较于数值模拟结果,误差均小于3%,而基于能量法推导的结果则在部分情况下显著偏大。此外,研究结果表明:如果忽略温度的纵向不均匀分布,对于受热长度与非受热长度等长的钢柱,其弹性临界荷载会被严重低估,甚至达到约37%。考虑柱端轴向约束的作用,该文给出了不均匀温度分布条件下约束柱的弹性屈曲荷载计算方法。

两尺度视角下准脆性材料的损伤:从几何不连续度到自由能折减

多尺度损伤演化法则的构建是损伤力学从现象学走向理性坚实基础的核心之一.然而,迄今鲜有人注意到,存在两类损伤变量:几何意义上表征材料不连续程度的损伤与自由能折减(即材料受力性能退化)意义上的损伤.如何实现从几何意义上的损伤向能量耗散意义上的损伤转化,乃是固体破坏问题的枢机.本文从两尺度视角给出了损伤演化法则及几何意义上的损伤向能量耗散(即受力性能的退化)转化过程的定量刻画,进一步夯实了非局部宏-微观损伤模型的理性基础.在本文模型中,连续体被看作物质点的集合.宏观物质点与其作用域中的其他物质点组成一系列物质点偶,由此形成附加于其上的细观结构.在外部载荷作用下,物质点的位移引起物质点偶的变形.当物质点偶的某种几何变形量(如正伸长量)超过临界值时,微细观损伤开始发展.细观层次物质点偶的渐进破坏引起宏观固体不连续程度的变化,最终导致宏观连续体拓扑的改变.因此,将微细观损伤在作用域中的累积定义为该点的拓扑损伤,以刻画宏观固体的不连续程度,这在本质上是几何意义上的损伤.另一方面,损伤发展引起自由能耗散,导致连续体力学性能的退化.由于宏观能量耗散是作用域中细观物质点偶因损伤而导致的耗散能量之和,因此能量(受力)意义上的损伤为作用域中细观物质点偶上的总耗能与总弹性自由能之比.由此,在细观层次上实现了从几何意义上的损伤向能量耗散(受力退化)意义上的损伤的转化.在本文模型中,不需要经典连续介质损伤力学或断裂相场模型中经验假定的能量退化函数,物质点处的几何-能量转绎关系由该点的两尺度变形状态决定,而非固定形式,从而可能对复杂受力状态具有更好的适应性.计算结果表明,模型不仅可以捕捉到裂纹萌生、扩展全过程,而且可以定量反映加载过程中的载荷-位移曲线.与在宏观层次进行几何-能量转绎的宏-微观损伤模型相比,本文模型可以更准确地捕捉到试验结果的细节.

国产6061-T6铝合金的修正塑性本构模型

铝合金材料已广泛地应用于各种工程结构中。能准确描述铝合金在复杂应力状态下的塑性本构关系,对铝合金结构在复杂工况下的分析和设计具有重要意义。传统的von Mises屈服准则忽略了应力状态对金属塑性的影响,并不适用于复杂应力状态下的铝合金材料。通过试验证明了应力三轴度和Lode角均会对6061-T6铝合金的塑性行为产生影响,并在此基础上提出了适用于国产6061-T6铝合金在复杂应力状态下的塑性本构模型,并校准了全过程硬化规律和新屈服准则。通过试验和数值结果对比可知,该塑性本构模型可以精确地模拟国产6061-T6铝合金在复杂应力状态下的弹塑性行为。

两类混凝土动力黏损伤本构模型比较研究

在混凝土弹塑性损伤理论框架下,为反映材料力学行为的率相关性,对静力损伤演化进行了动力扩展。混凝土在动力加载下的损伤演化滞后于静力加载而引起强化现象,借鉴黏塑性理论,在损伤子空间建立了两类格式的动力黏损伤演化模型:Perzyna模型和Duvaut-Lions模型。分别从本构理论和数值计算结果上对两类黏损伤演化模型进行了对比研究。从理论上来看,两类模型具有不同的黏性化变量;从模拟结果上来看,两类格式的线性黏损伤模型的计算结果基本重合,而两类非线性的黏损伤模型得到的结果存在差异。另外,两类非线性的黏损伤模型预测的混凝土动力强度的提高与试验数据吻合较好,说明均可反映混凝土材料的率相关性。

可更换U型环耗能金属阻尼器研究

提出可更换U型环耗能金属阻尼器,并推导其力学理论公式。相较于传统的以平动变形模式为主的U型耗能金属阻尼器,新型阻尼器变形模式为平动加转动,从而产生了空间作用效应,进而使其承载力、弹性刚度以及耗能能力均得到较大提升。运用ABAQUS有限元软件对阻尼器进行数值分析,并引入空间调整系数考虑其空间作用效应。结果表明该新型阻尼器的力学性能优于传统阻尼器,且震后便于更换。

双向加劲肋钢板剪力墙深化设计与施工技术

通过工程实例,讲述双向加劲肋钢板剪力墙施工技术。重点介绍利用BIM模型对钢板剪力墙进行分段,确定各段加工尺寸及吊装、焊接加固顺序,施工前通过对进场构件尺寸核对、现场安装尺寸调整、焊接工艺复核等,有效地保证了钢板剪力墙施工质量。通过对工程实例中钢板剪力墙的分析、设计方案以及施工问题的探讨,为钢板剪力墙的施工处理提供了一定的借鉴作用。

佛山西站南侧站房超限高层结构设计

本研究对佛山西站南侧站房空旷型高层结构的抗震性能进行科学合理的评估和优化。结构存在多项超限规则项,包括凹凸不规则、楼板不连续、刚度突变和局部不规则,这些因素使得抗震性能的确保成为一项复杂而关键的任务。为了解决这些结构超限情况,我们首先制定了明确的抗震性能目标,确保目标的科学性和合理性。随后,我们运用了多种专业软件,包括ETABS、YJK和PKPM-SAUSAGE,通过反应谱分析、弹性时程分析,以及设防地震下的结构构件验算和罕遇地震下的弹塑性分析等手段,全面评估了结构在多种地震作用下的响应。考虑到结构的特点,不仅关注了一般性的反应谱和时程分析,还补充了地震下楼板应力、结构整体稳定、跃层柱屈曲和单侧框架大震分析等关键要素,以确保评估的全面性和准确性。最终,根据对结构的全面分析结果,我们提出了一系列相应的超限设计措施。这些措施不仅能够解决结构存在的超限问题,还确保结构能够达到预定的抗震性能目标。整个研究过程包括了抗震性能目标的制定、超限分析和设计措施提出等多个关键步骤,为确保结构的抗震性能提供了可靠的技术支持。这些成果为类似结构的抗震性能提升提供了有益的经验和指导。

基于隔离非线性法-黏弹性人工边界的结构高效抗震分析方法

黏弹性人工边界是解决土-结构动力相互作用问题的有效手段之一,但其在分析过程中通常需要进行大量的非线性动力时程计算,效率较低。建立采用黏弹性人工边界求解土-结构动力相互作用问题控制方程求解的高效计算方法,为此,引入隔离非线性法高效求解思想,构造基于隔离非线性法-黏弹性人工边界的非线性土-结构动力相互作用分析模型,推导的动力控制方程在形式上与固定边界的隔离非线性动力控制方程基本一致,仅需将黏弹性人工边界的弹簧-阻尼器元件的刚度直接集成到近场土-结构模型的初始刚度矩阵与阻尼矩阵上即可。此外,结合Woodbury公式与组合近似法提出了改进Woodbury近似法,该改进方法能同时降低控制方程求解的时间复杂度与空间复杂度,实现了黏弹性人工边界求解土-结构动力相互作用问题动力控制方程的高效求解。研究方法同时保留了黏弹性人工边界与隔离非线性法的优点,数值算例验证了所提方法的正确性与高效性。

新型煤矿单轨吊H型钢-轨道连接子结构受力性能研究

煤矿单轨吊辅助运输是保证矿井可持续发展和提高煤炭运输效率的关键性设备。根据不完全的数据统计,每年我国煤炭需运输约200亿t的物资和设备,其中有四分之一以上是依靠单轨吊的辅助运输进行的,但每年总会出现吊车倾覆、悬挂点断裂等事故。不断改进对单轨吊轨道的悬挂形式,以改善其安装质量,这对于矿井单轨吊辅助运输设备有着十分重要的作用。基于此,介绍了一种新型煤矿单轨吊H型钢梁-轨道连接的悬挂形式,并对节点子结构的实体单元进行了有限元分析,以此来研究其受力性能。

新型U形金属阻尼器减震性能研究

U形金属阻尼器作为第一代金属阻尼器,具有耗能性能良好、便于取材、易于安装等优点。对U形金属阻尼器的研究现状进行详细阐述,在此基础上,提出一种可更换U形环连续式耗能金属阻尼器,并对其构造形式、耗能机理及设计参数进行初步分析。结果表明:该新型阻尼器可实现连续式耗能及震后可更换的目的,具有较好的工程应用及推广价值。

基于ETABS的多层群体住宅建筑抗震性能分析

为保证多层群体住宅建筑的安全性,需掌握建筑的抗震性能,以清悦山庄工程的多层群体住宅工程为例,利用ETABS软件对柱、梁端等部分构件进行设计,并采用相同单元构建空间杆件,最终通过壳体单元完成多层群体住宅建筑模型构建;并选择地震波分析建筑的自振特性以及塑性铰特性;结合建筑的刚度退化计算结果和骨架曲线分析结果,综合分析多层群体住宅建筑抗震性能。分析结果显示:建筑的整体结构在地震作用下,塑性铰主要发生在建筑的下部分;整体位移范围在-120~+120mm之间,在该范围内,建筑没有发生明显破坏点,延性较好,满足多层群体住宅建筑抗震性能需求。

考虑地基弹性约束的地下超长混凝土顶板裂缝控制研究

对于地下超长混凝土结构,顶板的裂缝控制显得尤为重要。论文针对地下超长混凝土结构的底板施加弹簧约束,分析了不同弹簧刚度约束情况下的温度应力变化情况。结果表明,通过减小地基土对筏板的摩擦约束,可以显著减小温度应力,同时,对地下超长混凝土结构裂缝控制措施进行了总结归纳。

主余震下高层斜交网格筒结构地震响应分析

为研究高层斜交网格筒结构在主余震作用下的地震响应,选取三条真实主余震,分别对主余震中的主震和余震进行调幅,利用Perform-3d对结构进行非线性动力时程分析。分析结果表明:余震会增大结构的地震响应,且当余震峰值加速度PGA大小为主震的0.5倍及以上时,影响更为显著;主余震中主震的PGA越大,其余震对结构地震响应的影响程度就越大。

高烈度地区某框架结构抗、隔震方案对比

隔震设计通过设置由橡胶隔震支座和阻尼装置等组成的隔震层,降低建筑物在地震作用下的动力响应,实现结构的减震控制,目前隔震支座在我国已经应用到不少工程中。以高烈度地区某四层框架结构为例,分别用传统的抗震设计、隔震支座设计两种方法进行结构设计,建立相应的计算模型,对比分析两种方案在地震作用下的动力响应以及工程经济指标。分析结果表明,采用隔震设计方案后,隔震结构相较于抗震结构的周期增大,层间剪力减小,有较好的减震控制效果,但是,从经济性来看,隔震结构的经济指标要高于抗震结构。

结构抗震时程分析输入地震波选择方法研究

为解决建筑工程抗震时程非线性分析时地震波选择的可靠度问题,以山东省某多层框架钢筋混凝土结构为研究对象,运用数值计算的方法,分析不同地震波输入条件下,结构的动力学响应特征。结果表明,7种不同地震波作用下结构最大层间位移角曲线均随着楼层的增加呈现非线性增加后逐步减小的趋势,最大层间位移角极值出现在楼层高度约0.57倍位置,各个地震波的最大层间位移角极值有所不同;地震波I-ELC270得到的平均距最小,地震波BLD090和地震波H-CHI012得到的最大层间位移角偏离较大,平均距分别为-0.0016、0.0012,其余地震波的结果相近;7种不同地震波作用下结构最大层间位移角变异系数均呈现非线性增加的趋势,地震波BLD090得到的最大层间位移角变异系数明显偏小,地震波H-CHI012得到的最大层间位移角变异系数明显偏大。

纯剪状态下蜂窝梁腹板的弹性屈曲分析

该文利用有限元软件建立正六边形孔蜂窝梁腹板在纯剪应力状态下的有限元模型,研究四边简支开孔板在纯剪状态下的屈曲模式,分析孔洞尺寸对蜂窝梁腹板屈曲临界应力的影响,提出纯剪状态下开孔板的屈曲系数计算公式,得到蜂窝梁开孔腹板在纯剪状态下的高厚比限值。研究表明,单孔板和双孔板的最大屈曲平面外位移处的连线均与水平方向呈45°,四孔板和六孔板则有2种屈曲模式;蜂窝梁腹板孔高比和距高比是影响开孔板屈曲临界应力的主要因素,建议对于剪力作用较大的蜂窝梁腹板取孔高比γ<0.5,距高比0.4<β<0.5的孔洞尺寸,使得容易实现稳定性和经济性要求;拟合的开孔板屈曲系数公式误差不超过5%,具有良好的精度。

钢结构悬挑雨篷板拓扑优化应用研究

以某机场设置跨度较大的钢结构悬挑雨篷板为背景,利用ABAQUS软件对跨度较大的钢结构悬挑雨篷板进行拓扑优化分析,优化后的钢结构悬挑雨篷板形状发生了变化,更能满足工程需求,且应力值重新分布后也更均匀。拓扑后的钢结构悬挑雨篷板质量约为原构件的0.85倍,节约了材料且在结构受力过程中减轻了自身重力荷载,提高了建筑结构安全。