薄壁型钢混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究薄壁型钢混凝土(thin-walled steel reinforced concrete,TSRC)梁试件的抗弯性能,设计制作了5根TSRC梁并进行四点弯曲试验,探究不同抗剪螺杆布置方式、截面形式、剪跨比以及混凝土保护层厚度对TSRC梁试件抗弯性能的影响。研究结果表明:TSRC梁的失效模式为薄壁钢管加载点处发生局部屈曲,外围混凝土保护层出现贯通斜裂缝,混凝土保护层沿抗剪螺杆开裂;TSRC梁试件在加载过程中未发生脆性破坏,表现出较好的延性;TSRC梁开裂荷载较小,在0.11P_(u)~0.15P_(u)之间,裂缝总数较少,稳定在6~10条;满跨布置螺杆、增大钢管截面尺寸、减小剪跨比以及增加保护层厚度均可提高TSRC梁试件的承载力。基于试验结果,建立适用于TSRC梁的极限抗弯承载力和抗弯刚度计算公式,可为该构件在实际工程中的应用提供参考。

一种聚合阻尼耗能结构理论模型与地震响应研究

针对高层框架核心筒剪力墙结构体系在地震作用下层间位移小,阻尼器难以发挥较好耗能作用的问题,基于内核心筒和外围框架结构的变形特点,在框架核心筒的聚合变形位置设置位移放大型高效阻尼器(SDA),形成了聚合阻尼耗能结构体系(NSD)。分析了位移放大阻尼器的耗能力学性能,提出了普通型黏滞阻尼器(VD)和放大型黏滞阻尼器的阻尼力及耗能理论公式。设计制作了3倍位移放大型黏滞阻尼器和普通黏滞阻尼器的试验模型,进行正弦波往复加载试验,得到不同试验工况下黏滞阻尼器的滞回耗能曲线,并将理论曲线与试验曲线进行了对比,验证了力学模型的正确性;对比SDA与VD的耗能效果,得出在相同位移下,SDA比VD滞回曲线更加饱满、耗能更为显著。进一步对一栋聚合阻尼耗能结构进行地震响应分析,结果表明与传统结构相比,聚合阻尼耗能结构具有良好的减震性能。

钢货架结构研究现状与关键技术

随着物流和电商行业的飞速发展,钢货架结构从单纯提供货物存储功能的简单机械类产品逐步向高位立体库、库架合一式建筑发展,这对货架结构的安全性提出更高要求。与传统钢框架结构相比,钢货架结构的托盘货载远大于结构自重,竖向荷载活恒比值可达10∶1量级;主要竖向承重构件多采用连续开孔薄壁截面,其性能受到局部屈曲、畸变屈曲、整体屈曲以及各屈曲模式间相互作用的影响;梁柱节点和柱脚节点多为半刚性挂齿式机械连接,表现出强非线性和捏拢滑移滞回特征;竖向支撑体系对整体结构稳定性的影响机制和有效性。另外,在地震作用下,货架结构的破坏模式除了主要承重构件的破坏和整体结构的垮塌外,还存在托盘货载跌落导致的货物、结构破坏和人员伤害。在钢货架结构抗震分析中,托盘货物的滑动和跌落应属于一种极限状态加以考虑,托盘与横梁间的动力摩擦系数将成为评估结构性能的一个重要参数。结合国内外已有研究成果,该文基于钢货架结构的特点,评述了现有的研究方法,综述了各基本结构要素的力学行为、整体结构的稳定性态及抗震性能,探讨了研究中的关键问题。

钢货架结构抗震性能研究现状

随着我国物流行业的飞速发展,钢货架结构的应用越来越广泛,形式变化多样。目前,我国对于钢货架结构的研究主要集中于静力分析,但在实践中发现由于钢货架结构设计或使用不当,在冲击或地震作用下会发生结构破坏、倒塌等现象,造成严重的财产损失和人员伤亡。因此需要结合货架结构自身特点,建立钢货架结构抗震设计的准则和方法。国外针对钢货架结构抗震性能研究历经数十年,本文结合国外钢货架结构抗震研究成果,从钢货架结构抗震性能的特殊性、钢货架梁柱连接节点抗震性能及整体结构抗震性能等三个方面对已有的研究、设计方法进行归纳和评述,并指出需要深入研究的问题。

考虑覆板承载的开孔冷弯薄壁型钢组合墙体压弯性能研究

为研究考虑覆板承载的开孔冷弯薄壁型钢组合墙体压弯性能,对两块覆面材料分别为水泥纤维板(CFB)和定向刨花板(OSB)的腹板开孔冷弯薄壁型钢组合墙体进行压弯试验,揭示了试件的受力特征和屈曲破坏模式,结果表明:组合墙体在压弯作用下的破坏模式为龙骨局部-畸变相关屈曲;与水泥纤维板覆面的组合墙体相比,定向刨花板覆面的组合墙体承载力提升5%。在试验基础上,本文将龙骨所受覆板、拉条、导轨约束作用简化为弹簧,建立有限元简化模型,通过与试验和单组模型所得的破坏模式和压弯承载力对比,验证了模型的准确性,进而考虑覆板材料和龙骨几何特征对组合墙体进行参数分析。最后,基于冷弯薄壁型钢结构直接强度法设计框架,提出适用于多种约束作用下开孔冷弯薄壁型钢组合墙体的压弯承载力计算公式。

冷弯薄壁型钢货架梁柱节点子结构抗连续性倒塌性能研究

为研究冷弯薄壁型钢货架梁柱节点子结构的抗连续性倒塌性能,构建了考虑材料断裂的节点双半跨子结构精细化数值分析模型,综合考虑立柱、挂齿、螺栓等关键组件间的复杂接触关系。通过已有节点试验验证了模型准确性后,对6个具有不同立柱厚度、螺栓数目、横梁高度和梁跨高比的节点子结构进行精细化数值分析,揭示钢货架锁螺栓节点在连续性倒塌工况下的破坏模式和抗力机制,探究节点构造特征和梁跨高比等因素对节点内力效应和子结构抗力性能的影响机理。数值分析结果表明:锁螺栓节点在连续性倒塌工况下的破坏模式主要包括挂齿撕裂和立柱撕裂,以及挂齿撕裂和挂片端板剪断两类,且与立柱厚度紧密相关;梁柱节点子结构弯矩效应和轴力效应发展曲线存在一定规律,加载初期子结构弯曲机制抗力发展迅速,但所有节点子结构的竖向承载能力以悬链线机制的竖向抗力为主;节点构造对子结构抗连续性倒塌性能存在一定影响;梁跨高比越大,弯曲机制控制阶段越短,悬链线机制发挥得越快,但抗力越低。

开孔冷弯薄壁C型钢压弯构件的数值分析和设计方法

冷弯薄壁型钢结构因自重轻、强度高、便于施工等优点在国内外应用广泛,腹板开孔的C型截面构件常作为其承重构件.为了研究局部、畸变、整体屈曲以及各屈曲间相关作用对冷弯薄壁型钢压弯构件的影响,基于数值模拟方法,针对开孔冷弯薄壁C型压弯构件进行弹性和弹塑性分析,研究开孔形式、大小、位置对其性能的影响.根据数值分析结果,对无孔冷弯薄壁型钢轴压构件的直接强度法(DSM)公式进行了修正.结果表明:数值模拟结果与试验结果较为一致,验证了数值模型的准确性;开孔会对构件的临界荷载产生一定影响,并且会降低构件的承载力.本研究得到了开孔冷弯薄壁C型钢压弯构件的DSM设计公式,并揭示了其畸变-整体屈曲相关作用机制.

考虑桩刚度的桩筏基础设计

在超高层建筑的桩筏基础设计过程中,桩刚度的合理取值对桩基布置、筏板内力分布和挠度计算均至关重要。然而,由于桩周土地质条件的复杂性,桩刚度精确值很难得到。现有商业设计软件中桩土等效刚度的默认值大多基于以往工程经验,但考虑到项目工程的独特性,默认值往往与实际桩刚度存在较大的偏差。这种偏差可能导致设计方案与实际受力状态不符,使结构设计存在一定安全隐患。基于Mindlin解^([1,2]),重点分析单桩、群桩中桩刚度的合理取值。结合具体工程案例,分析不同桩刚度取值对桩筏基础计算结果的影响。同时,桩刚度的取值也会引起上部结构荷载在外框柱与核心筒之间的重新分配,在确定桩基布置方案时需考虑该因素的影响,在外框柱下预留一定的安全余量。

基于局部火灾情况下冷弯薄壁型钢货架立柱稳定性研究

为研究冷弯薄壁型钢异型截面货架立柱在局部火灾下的轴压性能,以欧洲规范EN 1991-1-2和EN 1993-1-2为基础,采用有限元分析软件ABAQUS模拟火源在构件底部时的温度场,并对局部火灾情况下冷弯薄壁型钢货架立柱进行轴压稳定性分析。首先通过现有试验结果验证了有限元分析模型的准确性,随后对不同截面、不同长度和不同厚度的货架立柱在不同温度作用下的轴压性能进行数值分析,并在温度场分析模型中考虑了火焰长度、火焰直径和热释放率等3个因素的影响。结果表明:货架立柱的长度和温度对其轴压承载力有较大影响;在局部火灾情况下,货架立柱温度沿长度方向呈现梯度分布,并且这种温度梯度对货架立柱破坏模式有着重要影响。最后,基于数值参数分析结果,给出了冷弯薄壁型钢货架立柱在局部火灾(800℃)情况下适用于整体屈曲的直接强度法(DSM)设计曲线。

超低能耗夹芯墙新型连接件拉压性能试验研究

夹芯保温墙板对建筑能效的提高起着至关重要的作用,连接件将保温层与内外墙板连接,同时将外叶板的荷载传递给内叶板,因此连接件的力学性能对于夹芯保温墙板的正常使用十分关键。随着超低能耗建筑的推行,保温板厚度较大时,现有连接件无法为其提供足够的刚度和承载力。因此,本文提出了新型锚固方式的GFRP连接件,通过拉压试验、数值模拟的方式验证其轴向性能,并基于试验和参数分析结果提出轴向承载力计算公式。试验结果表明:连接件拉压破坏模式均为混凝土冲切破坏,锚固钢筋对其破坏模式起重要作用。综合考虑锚固钢筋的布置、数量等来确定破坏面,从而计算轴向承载力,为新型连接件的研究应用提供理论依据。