预制混凝土管组合柱-钢梁节点抗震性能有限元分析

针对采用不同加强形式的预制混凝土管组合柱-钢梁节点,通过建立精细化有限元模型,对节点的抗震性能进行了分析,研究了不同加强形式对节点抗震性能和承载力的影响。通过有限元参数化分析,研究了轴压比、钢梁翼缘加强宽度和加强长度对节点承载力的影响。分析结果表明:随着轴压比的增加,节点峰值荷载增幅在4%以内,轴压比对节点承载力影响较小;节点采取钢梁翼缘加强宽度后,峰值承载力提高约20%,节点钢梁翼缘加强宽度大于75mm后,增加加强宽度对节点峰值承载力的影响较小;钢梁翼缘加强长度对节点峰值承载力提升的效果有限,建议加强长度取翼缘宽度的1.7倍左右。

离心预制混凝土管组合柱抗震性能有限元分析与恢复力模型研究

基于离心预制混凝土组合柱抗震性能试验,采用ABAQUS软件对该类型组合柱在轴压及水平往复荷载作用下的受力性能进行了非线性有限元分析,研究了轴压比、预制管及芯部混凝土强度、体积配箍率和预制管空心率对柱承载力及变形能力的影响。并采用拟合法建立了适用于该类型组合柱的恢复力模型。研究结果表明:有限元结果与试验结果吻合较好,在轴压及水平往复荷载作用下,柱的破坏模式为压弯破坏,耗能能力较好。柱承载力随轴压比增加而提高,但变形能力降低,当轴压比超过临界值时,柱的受力状态转为小偏心受压,承载力降低;提高预制管或芯部混凝土强度可提高柱承载力,但会降低柱的变形性能;提高体积配箍率及降低预制管空心率可改善柱的变形能力,当空心率降低至20%后,其影响可忽略。本文所建立的恢复力模型与试验结果吻合较好,能够较为准确地模拟该类型组合柱的滞回特性。

带竖缝混凝土墙的装配式框架消能子结构抗震性能试验研究

为提高装配式钢筋混凝土框架抗震能力,提出带竖缝混凝土墙的装配式消能减震框架结构体系。通过1个消能子结构试件的低周反复加载试验,考察消能子结构和竖缝混凝土墙设计方法的合理性,分析试件破坏模式、滞回性能、承载力、延性、抗侧刚度及变形特征等。通过有限元分析竖缝混凝土墙的抗震性能,研究带竖缝混凝土墙的装配式框架消能子结构的受力机理。结果表明:罕遇地震作用下,消能子结构中梁柱轻微损伤,梁柱节点及齿槽连接区钢筋基本保持弹性,结构损伤主要集中于竖缝混凝土墙;消能子结构的极限位移角为1/30,位移延性系数为3.25,变形和耗能能力良好;消能子结构弹性抗侧刚度理论值与试验值相对误差为10.4%;竖缝混凝土墙模拟和规范计算得到的极限位移和特征点荷载吻合较好;竖缝混凝土墙对实体墙两端梁截面产生附加阻尼力,缝间墙斜撑作用使其外侧和中间墙肢发生差异性破坏。建议带竖缝混凝土墙的装配式框架消能子结构在多遇和罕遇地震作用下的层间位移角限值分别按1/800和1/100控制;竖缝混凝土墙设计时应考虑斜撑作用,按压弯剪复合受力进行设计,并加强外侧缝间墙墙肢抗剪配筋构造。

不同连接的暗柱预制空心剪力墙抗震性能

为探索高效合理的暗柱预制空心剪力墙连接方式,解决连接施工和质量检验困难的问题,提出了3种水平接缝连接方式:暗柱通过竖向附加钢筋贯通连接、U形钢筋间接搭接及钢节点连接.通过3个暗柱预制空心剪力墙和1个现浇空心剪力墙的拟静力试验,研究了各试件的抗震性能与水平缝工作性能.结果表明,各试件均呈现压弯破坏特征,实现了预期的强剪弱弯目标.预制试件的延性系数在4左右,与现浇试件相比,各预制试件耗能与变形能力稍弱.各预制试件极限位移角为1/56~1/67,弹塑性变形能力满足现行规范要求.试件水平接缝处易形成贯通裂缝,但水平抗剪构造可满足抗剪需求.分析了基于规范计算试件抗弯承载力的适用性,并提出了考虑水平缝影响的抗弯承载力计算方法.

连体高层大跨钢连廊设计关键技术分析

以实际工程项目为背景,针对多塔连体高层大跨钢连廊设计中存在的关键技术问题,对多塔弱连接体结构进行了整体弹性和弹塑性分析,研究了大跨钢连廊对塔楼受力和抗震性能的影响以及连廊自身振动特性和振动控制方案。结果表明,采用弱连接方案来降低大跨钢连廊对各塔楼的影响是合理可行的解决方案;对与连廊采用滑动支座连接一端的塔楼,其独立塔楼和整体模型的动力特性和地震响应基本一致,塔楼可按独立塔楼模型计算结果进行设计;对与连廊采用固定铰支座连接一端的塔楼,其独立塔楼和整体模型的动力特征和地震响应有较大差异,应考虑连廊对抗震性能的影响,按整体模型和独立塔楼模型计算结果进行包络设计;连廊支座布置方案和选取的抗震支座实现了预期弱连接设计理念,满足大震下变形需求;采用TMD减振控制的大跨钢连廊在人群荷载激励下的竖向振动加速度响应减小显著,减振率达到70%,减振后竖向振动加速度满足规范要求。

变预应力度装配式管柱抗震性能试验

进行了5根高强混凝土装配式管柱在0.15轴压比下的拟静力试验,研究配筋形式、预应力度对管柱抗震性能的影响.其中2个为配置12根预应力钢棒的试件,3个为同时配置6根预应力钢棒和6根HRB400级钢筋的混合配筋试件,5根管柱均通过装配式柱脚与承台连接.试验得到试件破坏形态、滞回曲线、承载能力、刚度变化、耗能能力等.结果表明:预应力度较小的混合配筋试件裂缝开展充分,滞回环较仅配置预应力钢棒的试件饱满;至试件破坏,装配式柱脚均未发生较大变形或锚栓破坏,满足正常使用要求.在此基础上,修正混凝土结构设计规范中关于混凝土环形截面抗弯承载力计算公式,建立了适用于高强混凝土混合配筋管柱正截面抗弯承载力计算公式.

变轴压比预制高强混凝土混合配筋管柱抗震性能研究

通过对3根预制高强混凝土混合配筋管柱试件在不同轴压比下的拟静力试验,研究了轴压比对其抗震性能的影响.其中管柱试件中预应力钢棒和HRB400级钢筋各配置6根,两者间隔布置.详细记录试件的破坏过程,得到试件的滞回曲线、骨架曲线、承载力、变形能力、承载力退化曲线和耗能能力等.试验结果表明:各试件均为受弯破坏,延性系数为2.50~2.93,极限位移角为1/33~1/27;配置预应力筋的混合配筋管柱试件残余位移较小,自复位能力较强;轴压比是影响试件延性和耗能能力的重要因素,随着轴压比增大,试件延性降低,耗能能力减弱.

钢-混凝土预制混合梁受弯性能试验研究

为研究两端固支边界条件下钢-混凝土预制混合梁(简称预制混合梁)的受弯性能,以钢梁长度、受弯承载力比和线刚度比为主要参数,进行了4个预制混合梁和1个普通预制混凝土梁试件的静力加载试验,研究了各试件的破坏模式、承载力、刚度、延性、挠度曲线和应变分布等.试验结果表明:所有试件均发生受弯破坏,其中预制混合梁的受弯破坏有两种模式,一是中部混凝土梁端和跨中截面形成塑性铰,二是梁端钢梁截面和跨中混凝土梁截面形成塑性铰.预制混合梁表现出良好的整体工作性能,连接节点在受力过程中始终保持较好的整体性.基于连接节点假定为刚性节点的应变分析结果与试验结果吻合较好,连接节点能有效传递钢梁和混凝土梁之间的应力,可视为刚性节点.钢梁长度、受弯承载力比和线刚度比的增加均可提高预制混合梁的承载力和延性,其中增加受弯承载力比的效果更显著.与普通预制混凝土梁相比,预制混合梁的初始刚度小,跨中挠度大,但其强屈比较普通预制混凝土梁提高约4%~15%,预制混合梁具有更好的屈服后弹塑性变形能力,有利于耗能.最后,基于虚功原理建立了两端固支边界条件下预制混合梁的极限荷载计算式,计算值与试验值比值的平均值为1.0,变异系数为0.04,计算值与试验值吻合较好.

加肋烘缸缸体的应力分析

就内侧带槽的烘缸受轴向线荷载作用的问题进行了分析，导出了密肋圆柱壳受线荷载作用下的微分方程和解，并就一具体算例与有限元解进行了比较。

基于OpenSees的预制开洞内嵌钢板装配式剪力墙抗震性能分析

针对装配式剪力墙结构中预制内墙构件存在的自重大、构件本身刚度大及由此带来的构件运输吊装压力大、节点连接要求高等问题,本文通过引入钢板剪力墙耗能部件的概念,开发出一种新型装配式剪力墙构件:预制开洞内嵌钢板装配式剪力墙.通过有限元分析程序Open Sees研究了该构件的滞回耗能能力,探讨影响其抗震性能的参数.分析表明,低剪跨比的剪力墙墙体开洞并在洞口内嵌薄钢板处理之后,结构的延性和滞回耗能相对于普通剪力墙有较大的提高,同时承载力同比降低幅度小于15%;内嵌钢板高厚比、墙体开洞口尺寸对该新型剪力墙构件抗震性能具有较大的影响;为使周边墙肢与内嵌钢板刚度匹配更好发挥钢板耗能能力,建议钢板高厚比不小于150;周边墙肢连梁设计成为壁式框架体系能提早发挥内嵌钢板的屈曲后拉力场,增加结构的耗能能力.

钢-混凝土预制混合梁变形性能研究

基于两端固定边界条件下预制混合梁的静力受弯试验,研究了此类预制构件在跨中集中荷载作用下的变形性能。采用奇异函数法建立了预制混合梁的挠曲线计算公式,分析了钢梁与混凝土梁抗弯刚度比、长跨比以及高跨比对变形性能的影响。结果表明:各试件考虑剪切变形影响的挠度计算值与试验值吻合较好,与预制混凝土梁相比,剪切变形对预制混合梁变形性能影响更为显著;由剪切变形引起的附加挠度与总挠度比值随长跨比增加呈线性增长趋势,相同长跨比下其比值随高跨比的增加而增大;建议预制混合梁在高跨比大于1/12时考虑剪切变形的影响。

预制高强混凝土管柱-钢梁框架节点抗震性能分析

为研究预制高强混凝土管柱-钢梁框架节点的抗震性能,对6个不同参数的预制高强混凝土管柱-钢梁框架节点试件进行了低周反复荷载试验。基于试验数据,采用有限元分析软件ABAQUS建立了预制高强混凝土管柱-钢梁框架节点的有限元模型,有限元模型模拟结果和试验结果吻合较好,表明该有限元模型参数可靠。在此基础上,利用该有限元模型进行变参数分析,分析了柱轴压比、预应力张拉控制应力、环板宽度对节点抗震性能的影响。分析结果表明:随着轴压比的增加,试件的承载能力显著增加,但试件的延性降低;增大预应力筋张拉控制应力和环板宽度,试件承载能力均有一定提高且刚度变大。

钢-混凝土预制混合梁受弯性能有限元分析

基于两端固定边界条件下钢-混凝土预制混合梁的受弯性能试验,采用ABAQUS软件对其受弯性能进行非线性有限元分析.通过与试验结果对比,验证了材料本构模型、单元类型、接触关系和边界条件等建模方法的可靠性.利用验证的有限元模型研究了钢梁长度以及钢梁与混凝土梁设计受弯承载力比对受弯性能的影响.结果表明:该有限元模型能有效地模拟钢-混凝土预制混合梁在静力集中荷载作用下的受弯性能;初始刚度随钢梁长度的增加呈线性降低;随着钢梁长度的增加,极限荷载先增后减,当钢梁长度超过400,mm后,极限荷载降低缓慢,钢梁所受最大弯矩基本保持不变.当钢梁长度为200~400,mm、钢梁与混凝土梁设计受弯承载力比为1.0~1.2时,钢梁强度可得到充分利用,且钢材用量相对较少.

基于ABAQUS的承压状态下PHC管桩变参数分析

为研究轴压力作用下预应力高强混凝土(PHC)管桩的抗震性能,本文采用非线性有限元软件ABAQUS对PHC管桩进行了非线性有限元分析,有限元分析结果和试验结果吻合较好,表明该有限元模型参数可靠.在此基础上,利用该有限元模型参数对PHC管桩进行了变参数分析,分析了轴压比、非预应力筋、剪跨比和箍筋间距对PHC管桩的影响.研究结果表明:轴压比、非预应力筋和剪跨比是影响PHC管桩受力性能的主要因素,然而改变箍筋间距对PHC管桩的受力性能影响较小.

端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能影响的试验研究

为研究端板与柱间灌浆层对端板连接RCS节点抗震性能的影响,以端板与柱间灌浆层厚度、灌浆层强度以及螺栓预拉力为主要研究参数,进行了4个端板连接RCS节点试件的低周反复加载试验.基于试验数据,研究了各试件的破坏形态、滞回性能、承载能力、刚度退化规律、延性、耗能能力和变形组成等.试验结果表明:强柱弱梁型端板连接RCS节点的破坏形态为梁铰破坏机制,灌浆层出现压碎脱落现象,整个受力过程中钢梁端板、灌浆层和柱面之间连接紧密,未出现滑移现象,端板和RCS节点之间的连接和传力可靠,表现出良好的受力性能.各试件滞回曲线呈梭形,梁端塑性铰充分耗散能量,具有较好的抗震性能;反复荷载作用下端板与柱间灌浆层的损伤累积导致节点延性和耗能能力降低,其降低幅度随灌浆层损伤程度增加而增大;各试件刚度退化规律基本一致,灌浆层的损伤累积导致刚度退化加剧;节点的变形主要来自钢梁的变形,在整个加载过程中,各试件端板连接变形较小,在极限位移角时,试件RCS1、RCS3和RCS4由端板连接变形引起的位移所占比例分别为1.5%、1.8%和2.7%.各试件弯矩-转角关系曲线呈现出明显的非线性特征,试件RCS1~RCS4按刚度分类均属于半刚接节点,节点初始转动刚度随灌浆层厚度增加而提高,但提高幅度有限.

坡道式立体车库抗震性能的弹塑性分析

利用通用有限元软件SAP2000,对坡道式立体车库的抗震性能进行了弹塑性分析,并将计算结果与普通框架进行对比,根据对比分析结果提出了坡道式车库设计分析时需要注意的问题。

基于五次B样条的子区间法

重构细分划了时域,细分划拓展了0次B样条Bi0的定义,对高次B样条的递推式进行了拓展,获得了细分划拓展的均匀分划的分段式五次B样条函数,因而拓展了展开定理,构造了五次B样条基函数.该基函数与现有的五次B样条基函数相比,表征的物理概念更清晰和简洁.基于五次B样条基函数,提出和推导了结构动力响应研究中的位移元子区间法和子区间法的嵌套方法递推格式.通过精度比较,得出子区间法的嵌套方法要优越于位移元子区间法.

预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力性能分析

建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点在往复荷载作用下受力性能分析的精细化有限元计算模型.根据已完成的6个“弱节点”试验结果,对比分析试验与模拟试件的破坏模式、梁端荷载-位移骨架曲线和特征点荷载,验证了有限元模型的准确性.研究了预制混凝土管组合柱-钢梁节点核心区受力全过程工作机理,并对各关键组件的应力、应变发展规律及其相互作用进行分析.通过有限元模型参数化分析,研究了轴压比、钢套箍厚度、钢套箍延伸高度、预制混凝土管强度及芯部混凝土强度等因素对节点承载力和变形能力的影响.分析结果表明:在梁端往复荷载作用下,钢套箍屈服“拉力带”和核心区混凝土“斜压杆”机构共同抵抗节点剪力;峰值荷载时钢套箍以刚体变形为主,极限荷载时钢套箍腹板大面积屈服;芯部混凝土、钢套箍与预制混凝土管之间界面接触相互作用力分布不均匀;轴压比、钢套箍厚度、预制混凝土管和芯部混凝土强度对节点承载力及变形能力影响较大,增大钢套箍厚度可以显著提高节点承载力及变形能力;钢套箍延伸高度增加可以提高节点变形能力,但对承载力影响不明显.建立了预制混凝土管组合柱-钢梁节点受剪计算模型,理论值与模拟值吻合较好且偏于安全.

疏排桩-放坡组合支护的应用分析

针对某基坑放坡开挖不满足稳定性要求的问题,提出采用疏排桩与放坡组合支护的方案.通过有限元强度折减法,分析了疏排桩加设前后的土坡稳定性及疏排桩的位置、桩径、桩距、桩长对土坡稳定性的影响.在给定的目标下统一考虑各因素的影响,根据经济性比较得出优化方案.分析表明有限元强度折减法分析非均质土坡稳定可行,加设疏排桩能加深滑裂面、提高土坡稳定性.工程应用表明疏排桩与放坡组合支护的方案是经济有效的支护方式.

当前通用结构分析软件在建筑结构分析中的应用

近年来国内开发了适用建筑结构领域的各种专用软件，本文回顾了使用较广的通用结构分析软件与专用结构分析软件和应用情况，介绍了通用结构分析软件应用中的一些技巧及应注意的问题。指出通用软件在一些特殊情况下还不能完全由专用软件替代。