冲击作用下钢筋混凝土框架抗连续倒塌数值模拟

为研究冲击作用下钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,采用有限元软件LS-DYNA对两个单层、四个三层钢筋混凝土框架在冲击荷载作用下的抗倒塌性能进行了数值模拟分析,计算过程中主要改变了框架梁的纵筋配筋率,对比分析计算了冲击作用下各框架的内力、位移以及破坏过程等。分析结果表明:冲击作用下,各框架梁均经历了明显的拱效应与悬索效应受力阶段,且配筋率越低,拱效应越明显;框架抗倒塌能力与框架梁配筋率有关,配筋率高的楼层承载能力较强,耗能能力较大,框架空腹作用能提高多层框架结构承载能力。基于数值计算结果,分析了框架结构在冲击作用下的抗倒塌能力以及加强措施。

锤击作用下钢筋混凝土框架倒塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土平面框架结构在局部构件失效后的静、动力特性,完成了两榀两跨单层平面框架试验,其中一榀框架用于静载试验以获取框架静力特性数据,另一榀框架分别在空载、均布线荷载情况下采用锤击法进行动力试验,获取试验框架的位移、加速度和钢筋应变等动力响应数据.通过对比分析静载与动力试验结果,研究框架梁在锤击过程中的受力特性.试验结果表明:在大当量力锤锤击作用下,动力位移幅值与输入冲量近似呈线性关系,随着锤击力的增加,结构阻尼变化较小,频率下降.布有均布线荷载的框架梁在锤击荷载作用下产生了拱效应,刚度略有提高.尽管力锤最大锤击力超过框架梁最大抗力,但冲击能量不可使其发生倒塌.

考虑悬索作用钢筋混凝土梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

在爆炸及冲击荷载作用下,没有经过抗倒塌设计的高层建筑可能会产生不成比例的倒塌破坏。通过变化配筋率、钢筋等级、加载速度等方式完成5个约束梁试验,研究钢筋混凝土柱失效情况下,梁柱子结构在考虑悬索作用效应时的抗倒塌性能。试件两端预埋钢管并通过钢轴与钢箱上的支座连接,电液伺服作动器在预定时间内采用位移控制连续加载,在大约400mm位移时试件由于钢筋的断裂发生倒塌破坏,此时试件的承载能力大约是塑性阶段的2倍而位移将近20倍。基于试验结果和现象,对试件的受力过程、力的转换机制以及悬索作用机理进行分析与探讨,并对梁柱子结构抗倒塌设计提出悬索作用的简化计算方法。

爆炸移除钢筋混凝土框架柱抗倒塌性能数值模拟

基于已有的爆炸移除钢筋混凝土框架柱的实验数据,利用有限元软件AUTODYN建立了一个分离式与整体式相结合的4层2跨钢筋混凝土框架结构的三维有限元模型,并采用三阶段分析法,对爆炸移除钢筋混凝土柱的结构动力响应和破坏形态进行了数值模拟,且考虑炸药、空气与结构的流固耦合作用和应变率对材料的动态本构特性的影响.在爆炸移除短边中柱与角柱两种工况下,计算得到的柱破坏形态和梁柱节点动态位移与实验结果吻合较好,还分析了柱内纵筋对RC框架结构的动态响应的影响以及柱的破坏失效过程.计算结果表明:对发生塑性和弹性变形区域分别采用分离式和整体式建模,不仅保证了钢筋混凝土框架柱的爆破作用过程数值模拟的真实性和适用性,又大量缩短了计算时间,可为今后爆炸荷载作用下RC框架的参数影响分析和连续倒塌破坏模式控制提供参考.

ECC/RC键槽节点装配整体式梁柱结构倒塌性能试验研究

为了研究键槽连接节点装配整体式梁柱结构倒塌性能以及不同后浇混凝土对其性能的影响,完成了2榀单层两跨梁柱结构的移柱静力加载试验,其分别在节点键槽处后浇普通C30混凝土、高延性ECC混凝土.试验获取了构件力-位移曲线、破坏形态以及变形性能等试验数据.研究结果表明:键槽连接节点梁柱结构在满足常规抗震荷载要求下,变形过程中能较好地形成梁机制、压拱机制以及悬索机制,是一种较好的装配式结构可采取的抗倒塌节点形式.依靠ECC高延性、高极限压应变等优越的材料性能,ECC键槽节点梁柱结构能表现出更高的承载能力以及更好的节点延性.钢筋与混凝土之间的局部不均匀相对滑移有利于结构发展大变形,提高结构的抗倒塌性能.

考虑黏结滑移RC框架结构抗倒塌性能分析

钢筋混凝土框架梁在倒塌过程中会经历大变形受力阶段,为研究钢筋黏结滑移效应对其抗倒塌性能的影响,特别是悬索阶段的受力特性,基于OpenSees非线性有限元分析平台以及一组钢筋黏结滑移模型参数,采用梁柱节点单元对约束梁子结构试验进行了数值验证,计算结果有效反映了结构的弹性与塑性变形、压拱效应以及悬索阶段的受力特性,且与试验结果吻合良好.基于计算结果,对一榀单层和一榀三层平面框架结构的试验结果进行了数值模拟,并分析了层数和跨数对平面框架结构抗倒塌性能的影响以及倒塌受力机理.

爆破移除钢筋混凝土框架柱倒塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土空间框架结构的抗倒塌性能,采用爆破方式对一4层2跨2开间的RC框架结构短边中柱和角柱进行了快速移除倒塌试验,通过试验获取了爆破移除框架柱作用过程、结构的动力响应、柱的失效时间和空间空腹梁对荷载分布的影响等数据。试验结果表明:试验框架在快速移除边中柱与角柱后,柱头位移较小,结构没有发生倒塌,处于弹性变形范围。爆炸引起RC框架柱的失效时间约100 ms,结构变形晚于爆炸应力波40 ms左右。在爆破过程中,柱内纵向钢筋在应力波和爆轰气体压力共同作用下向外严重鼓曲变形,对上部结构产生较大的拉伸作用,加大了结构倒塌风险。横向或纵向的空间空腹梁作用是结构在柱失效后的荷载重分布的主要受力机理。

密拼叠合板拼缝构造及受力性能试验研究

为了研究拼缝构造对密拼预应力钢筋混凝土叠合板受力性能的影响,提出一种增强型密拼缝构造,并设计了3组叠合板试件的抗弯性能试验.试验对各组试件的承载能力、刚度、破坏形态、裂缝和变形性能进行系统性研究,并分析拼缝叠合板的拼缝传力性能和预应力叠合楼盖的双向受力特性.试验结果表明:增强型密拼缝连接能够提高叠合板的垂直拼缝方向的抗弯刚度,其承载能力接近于现浇板,同时能够保证拼缝处力的有效传递;拼缝板试件破坏时拼缝位置的裂缝形态较好,且未发生沿叠合面的撕裂破坏;预应力叠合单板的承载能力及变形性能均较好.预应力叠合楼盖的受力性能试验进一步表明:采用该种增强型拼缝构造的叠合板能够进行双向传力,基于虚功原理建立预应力叠合楼盖极限承载力公式,极限荷载计算值与试验值吻合较好,验证了假定的塑性铰线模式的合理性;利用条带法再次验证了预应力叠合楼盖的双向受力性能.

冲击作用下CFRP修复损伤RC叠合梁动力性能试验研究

采用落锤冲击试验机,进行了现浇梁、叠合梁以及碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)修复的损伤梁的动力性能对比试验。冲击作用下试件破坏形态以及冲击力与变形时程曲线表明,叠合面在一定程度上抑制了跨中裂缝向上开展的趋势,损伤修复后的叠合梁在冲击荷载下的破坏程度明显减轻,初始损伤减弱了梁跨中位移的滞后现象;相比完好梁,现浇与叠合修复梁抗冲击承载力有着同等程度的提高。基于有效应变计算的修复梁承载能力提升与试验结果的对比显示,CFRP能有效改善并增强构件的整体受力性能,在冲击作用下对构件的实际抗力贡献大于原有构件承载力与FRP受拉能力简单叠加时的理论抗力贡献。

分离式拼缝混凝土叠合板受力性能研究

为研究采用马镫钢筋作为抗剪拉结钢筋的分离式拼缝混凝土叠合板的受力性能,通过3块简支板的静力加载试验,对其在不同马镫钢筋布置下的荷载-挠度曲线、承载能力、变形性能进行了研究,并分析了其裂缝成因、拼缝处受力机理,推导了其开裂荷载的计算式。结果表明:规范分离式拼缝叠合板的荷载-挠度曲线发展趋势为三折线形,其开裂荷载计算与普通叠合板计算有所区别;试件拼缝处易产生沿着叠合面的撕裂破坏,其附加钢筋容易发生局部滑移或者锚固失效;试件屈服荷载受附加钢筋的黏结滑移影响有一定的降低,其极限承载力取决于拼缝处现浇混凝土与预制板的拉结强度;试件拼缝处裂缝数目与宽度和马镫钢筋有关,合理改变马镫钢筋布置能够有效减少裂缝数目及宽度;试件屈服前变形呈现整体弯曲,屈服后变形主要集中在拼缝处,最终试件均出现了混凝土压碎现象,其破坏形态呈现二折线形;根据相关规范,针对附加钢筋滑移问题可通过锚固弯钩、加长钢筋长度、抬高钢筋位置等措施进行改进。

密拼叠合板接缝构造与抗弯受力性能试验研究

双向叠合板的拼缝性能是保持其整体性的关键.根据整体式拼缝构造优点,文章对原密拼拼缝叠合板进行了一定的改进,并对采用马镫钢筋作为抗剪拉结钢筋的该种密拼叠合板拼缝变化前后的受力性能进行了试验研究.通过四块简支板的静力加载试验,对规范密拼拼缝形式下的叠合板、改进后密拼缝叠合板的荷载挠度曲线、承载力、变形以及拼缝性能等进行了分析,并研究了其裂缝成因、拼缝处受力机理以及开裂荷载的计算.试验表明:规范分离式拼缝叠合板易产生沿着叠合面的撕裂破坏,其附加钢筋容易发生局部滑移或者锚固失效;构件屈服荷载受附加钢筋的粘结滑移影响有一定的降低,其破坏形态接近两折线形;改进后的拼拼缝叠合板其密拼钢筋的粘结滑移行为有较大改善,其屈服荷载基本达到其设计值,破坏形态以及变形曲线较原有密拼板丰满.

地震作用下损伤RC框架抗竖向倒塌分析

为了研究存在损伤支撑构件的钢筋混凝土框架结构在地震作用下的竖向连续倒塌性能,从美国太平洋地震工程研究中心(PEER)数据库中选取了3条远场地震波、4条近场地震波以及1条人工地震波作为地震输入,利用等效轴力变化模拟损伤柱失效过程,基于OpenSees有限元分析平台,采用时程分析法对中柱在地震作用下逐渐失效的平面框架结构的抗竖向倒塌性能进行了分析。结果表明:在8度罕遇地震(加速度峰值为0.4 g,g为重力加速度)作用下,损伤柱快速失效,在相同的失效时间下,竖向加速度峰值与地震波总能量竖向分量能显著增加结构竖向响应,从而加大结构的竖向倒塌风险;相对于不考虑地震作用时,考虑地震作用的中柱竖向位移峰值和中柱相邻梁端受拉钢筋应变峰值都明显增大;随着中柱失效时间的增大,动力效应的影响逐渐减弱,地震作用对剩余结构的影响逐渐减小。

钢管混凝土组合长柱低周往复抗震性能试验

为了研究钢管混凝土组合长柱的抗震性能,设计并制作了两个组合长柱试件,一个为空钢管组合柱,另一个在中柱灌有混凝土,对其进行低周反复荷载试验,试验过程中测取了试件的反力、水平位移、内力变化过程并观察试件受力的全过程与破坏形态,分析了试件的滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化与耗能能力等。试验结果表明:两个试件的最终破坏均出现在上部单柱,主要表现为钢材的局部屈曲;试件的滞回曲线饱满,随着水平位移的增加,滞回曲线端部出现比较小的紧缩;灌混凝土组合柱的耗能能力高于空钢管组合柱,灌混凝土组合柱的位移延性系数大于3.0,试件破坏时,等效粘滞阻尼系数大于0.2。基于试验结果,对组合柱"中震可修"性能进行了讨论与分析。

工程结构试验数据库模型设计研究

从结构试验的特殊性和试验数据的重要性论述了构建结构试验数据库的必要性,结合湖南大学损伤诊断重点试验室特点以及对搭建信息化数据平台的基本要求,且要对远程协同试验系统提供支持,提出了结构试验过程规范化方法、结构试验分类方法以及数据规范化方法,并用XML作为元数据库组织语言以及关系数据库储存底层数据来共同解决试验数据组织问题.

考虑剪切变形和转动惯量影响的梁的固有频率计算

从Hamilton原理出发,建立了考虑剪切变形和转动惯量的Timoshenko梁振动微分方程,采用分离变量法求解了不同长细比(跨高比)的简支Timoshenko梁的特征值和特征函数。在此基础上,得到以Euler梁为基础考虑转动惯量的Rayleigh梁,以及在Euler梁基础上只考虑剪切变形的梁的精确解。注意到微分方程关于转动惯量项和剪切变形项的对称性,可以直观地得到简支Timoshenko梁的近似解。通过近似的数学运算和力学分析,证明了这个近似解构成精确解的下限解。针对实际工程中的工字形截面钢梁和矩形截面混凝土梁,给出了数值运算结果供实际工程应用参考。

苦瓜皂苷、南瓜多糖和苦荞黄酮改善HepG2/IR的联合作用研究

探讨苦瓜皂苷、南瓜多糖和苦荞黄酮单一组分及联合使用对胰岛素抵抗的改善作用。建立胰岛素抵抗人肝癌细胞模型,设立正常组、胰岛素抵抗组、盐酸吡格列酮阳性对照组、苦瓜皂苷、南瓜多糖和苦荞黄酮单独干预组,苦瓜皂苷和南瓜多糖、苦瓜皂苷和苦荞黄酮、南瓜多糖和苦荞黄酮联合干预组,测定葡萄糖消耗量、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、谷草转氨酶和谷丙转氨酶的含量,MTT法评价细胞活性,蛋白免疫印迹法检测细胞葡萄糖转运体4的表达。结果表明,多数生理生化指标、细胞活性和GLUT4的表达联合组与单一组分相比有显著性差异(P<0.05);采用析因分析,苦瓜皂苷、南瓜多糖和苦荞黄酮联合在改善葡萄糖消耗量和谷丙转氨酶上具有交互协同作用(P<0.05)。

综合管廊受力性能足尺试验

为研究多舱综合管廊破坏机制、承载力和变形能力等受力特性,以某地下综合管廊工程为原型,完成多舱综合管廊节段足尺试验。试验结果表明:试件经历了开裂、刚度退化和极限破坏3个阶段;初始裂缝出现在长跨跨中板底;裂缝主要分布在长跨跨中板底以及板端支座处;试件破坏模式为顶板斜拉破坏;荷载达到荷载准永久值时,裂缝宽度和挠度均没有超过限值,满足正常使用极限状态要求;试件的极限承载力达到设计荷载值的2.37倍,满足承载能力极限状态要求。

钢筋混凝土框架结构爆破拆柱后传力机制分析

在钢筋混凝土框架结构遭遇爆炸荷载作用造成支承柱失效试验的基础上,分析爆源位置上层框架柱的竖向变形和应变变化,框架的受力状态,相邻柱轴力变化等主要试验特征。依循新的荷载传力路径研究结构体系在原有支承柱失效后,结构新的荷载传力机制的形成规律,对混凝土结构爆破拆除和防爆防倒塌设计具有积极的指导意义。

BFRP约束损伤钢筋混凝土圆柱轴压力学性能研究

为了研究钢筋、玄武岩增强复合材料(BFRP)包裹层数及预损伤对BFRP约束钢筋混凝土(RC)圆柱轴压力学性能的影响,对22个直径242mm、高726mm的混凝土圆柱(包括20个RC圆柱以及2个素混凝土圆柱)开展轴压试验。试验结果表明:纵筋对BFRP约束RC圆柱的极限强度有较明显贡献,箍筋对BFRP约束RC圆柱极限强度和极限应变均有较明显贡献;BFRP约束可有效改善损伤RC圆柱的极限强度和极限应变,但无法恢复RC圆柱因损伤而降低的初始刚度;损伤会降低BFRP约束RC圆柱的极限强度和初始刚度,且降低的程度随着损伤水平的增加而增加。最后,提出了BFRP约束损伤RC圆柱强度模型及极限应变模型,模型预测值与试验值吻合较好。