基于Johansen屈服模式的胶合木节点标准火灾承载力模型

开发了节点常温力学有限元模型和高温下热传递有限元模型,基于Johansen屈服理论提出了节点常温及火灾下的承载力计算方法。通过随温度变化的销槽承压强度双折线折减关系,得到销槽承压强度随螺栓长度的积分,并基于3种主要破坏模式的力学分析,得到不同持荷比下节点的耐火时间,计算结果与试验值较为接近。

基于预设屈服模式的复杂结构抗震设计方法

当前我国规范抗震设计思路主要是基于规则结构,要求耗能构件在罕遇地震作用下均匀进入塑性,这对于存在明显薄弱部位的复杂结构并不适用。为此,提出了一种预设屈服模式的抗震性能化设计方法。给出了该方法的基本设计流程,通过整体结构动力弹塑性分析方法获得真实的结构构件刚度折减系数,可提高复杂建筑结构设防烈度地震、罕遇地震反应谱分析的准确度。对带薄弱层的复杂高层建筑结构进行算例分析表明,预设屈服模式方法可实现对复杂结构抗震设计由现有规范对不规则的控制转变为对破坏模式的控制,同时能够有效避免复杂结构在超烈度地震下因薄弱部位失效而提前丧失承载能力的隐患,使结构安全储备得到提升。

箱形截面钢-混凝土组合连梁的抗震性能

对一种箱形截面钢-混凝土组合连梁展开研究,通过有限元模拟和理论分析对其屈服模式、抗震性能进行了深入探索。对不同参数取值下组合连梁的屈服模式进行对比分析,基于组合连梁长度与屈服承载力的关系,给出屈服模式的判定准则,研究了不同参数对组合连梁屈服模式的影响规律。结果表明:减小截面高度、钢腹板高厚比、钢材屈服强度、混凝土强度,增大剪跨比、钢翼缘宽厚比、截面高宽比等措施均使耗能梁段更容易弯曲屈服。轴向受压时,弯曲屈服型构件的延性普遍优于剪切屈服型构件;轴向受拉时,剪切屈服型构件的延性优于弯曲屈服型构件。剪切屈服型构件的弹性段刚度、屈服荷载、极限荷载以及能量耗散系数普遍大于弯曲屈服型构件。

日本柳杉木构件内嵌钢填板销连接横纹承载性能

【目的】研究日本柳杉木构件内嵌钢填板销连接在横纹荷载作用下的破坏机制和承载性能,为木结构梁、柱构件金属件连接时梁端销连接设计提供依据。【方法】在梁端部开槽钻孔后将单个钢销连接到内嵌钢填板,分别对日本柳杉锯材梁和胶合木梁进行横纹荷载作用下的弯曲剪切加载试验,按照日本通行数据分析方法确定销连接短期承载力标准值,并与5个不同国家标准规定的屈服荷载计算值进行比较。【结果】加载初期,荷载-位移曲线呈线性关系,构件处于线弹性阶段,随着位移增加曲线呈非线性,构件进入弹塑性阶段,当位移增加到一定数值,梁端出现初始脆性开裂,荷载瞬间急速减小,随后荷载又随位移增加再次上升,加载至极限状态时,梁构件产生劈裂破坏丧失承载力;最终的破坏形态为梁构件沿销孔水平剪切面开裂、销连接屈服模式Ⅲ型;通过足尺试验得到断面尺寸120 mm×240 mm锯材梁和胶合木梁的钢填板单个销连接短期承载力标准值取决于屈服荷载,分别为8.6和13.7 kN,初始开裂对应的荷载平均值分别为15.0和21.1 kN,屈服荷载平均值分别为14.50和15.00 kN,最大荷载平均值分别为27.0和30.8 kN。【结论】胶合木梁钢填板销连接的最大荷载和屈服荷载平均值均大于锯材梁,且变异系数明显小于锯材梁,含水率低而变异小,从而导致试验获得胶合木梁销连接的短期承载力标准值明显高于锯材梁,当销连接作为中小断面梁柱构件的主要连接方式时,宜选用强度等级确定、质量合格的胶合木作为木构件,比锯材具有更高的连接承载力。梁端销连接节点承载力与单个销连接承载力和销数量具有良好的相关性,可作为梁柱节点梁端销连接设计依据。销连接部位发生销屈服后木材开裂,初始开裂取决于木材抗剪强度、横纹抗拉强度和销所在的梁高部位以及销孔到梁端的距离,发生初始开裂后钢销仍能起到支撑作用,连接节点延性较好;锯材梁和胶合木梁短期承载力标准值与标准中规定的屈服荷载公式计算值吻合度较好。各国标准中关于脆性破坏计算公式均能较好预测销连接木材的脆性破坏,与试验值比较,日本标准对于劈裂破坏的计算值最为接近,欧洲和加拿大标准的计算结果更趋于保守,我国现行标准在销连接设计中尚未考虑木材的脆性破坏,今后应进一步研究完善销连接计算公式和参数,更好地保证木构件连接安全可靠度。

超限高层结构抗震性能化设计方法探讨

随着我国超限高层建筑的大量涌现,团体标准《建筑结构抗震性能化设计标准》已颁布实施,对超限高层结构的抗震设计产生一定的影响。针对超限高层结构抗震性能化设计和抗震设防审查中若干值得探讨的问题,首先总结了超限高层结构抗震性能化设计方法;然后重点探讨了超限高层结构抗震性能化设计的3个重要指标:剪重比、框剪比和中震墙肢拉应力,提出了上述指标不满足规范要求时可采用基于抗震性能化设计的解决措施;最后,阐述了基于预设屈服模式的抗震性能化设计新方法。结果表明:长周期高层建筑的剪重比不满足限值时,建议通过修正反应谱的长周期段,验算结构的侧向刚度;对于框剪比限值,建议根据大震下的内力重分布规律对小震设计的框架剪力进行调整;基于预设屈服模式的抗震设计方法可实现对超限结构破坏模式的控制。

木结构应用技术研究——螺栓连接及钉连接的设计方法

上海市标准《轻型木结构建筑技术规程》(DG/TJ08-2059-2009)对国标《木结构设计规范》(GB50005-2003)(2005版)第9章行了补充和完善。对《木结构设计规范》(GB50005-2003)(2005版)中螺栓连接及钉连接进行了讨论,并与美国木结构设计规范National Design Specification,2001 Edition相关章节进行了比较,通过例题对两种设计方法的计算结果作了进一步分析。

复杂高层建筑结构抗震性能评价方法研究

如何保证复杂高层建筑结构达到安全和经济的统一,是当前高层建筑结构领域的热点问题。本项目对复杂高层建筑结构抗震性能评价方法进行了系统研究,取得创新成果如下:首次提出了基于构件正截面承载力冗余分析的复杂高层建筑结构抗震性能评价方法;开发了用于结构弹塑性分析的混凝土本构关系子程序,建立了准确、高效的结构弹塑性时程分析方法,形成了基于弹塑性分析的结构抗震性能评价方法。提出了一种基于预设屈服模式的复杂高层建筑结构抗震性能化设计方法;给出了该方法的设计流程和软件实现方法。研究成果已在40余项重大工程项目中成功应用,并被相关规范采纳,对于提升我国复杂高层建筑结构的安全和经济性具有十分重要的作用。

延性比概念在人防设计中的应用

文章首先论述延性比在人防结构设计中的作用,得出等效静载与延性比成反比关系;然后对常用的一种主次梁结构在人防荷载作用下进行估算,提出让次梁中部率先出现塑性铰,从而形成一种大板块的屈服模式,可以缓和主梁承受的剪力,提高它的安全度。

钢管壁哑铃形屈服线模式及承载力计算方法

基于组件法将钢梁-钢管柱螺纹锚固单边螺栓平齐端板连接简化为T形件-钢管模型,并利用参数化的有限元模型分析了T形件-钢管节点在单向拉伸荷载作用下钢管壁平面外受拉性能,发现了钢管柱壁新型的哑铃形屈服线模式。通过虚功原理,建立了钢管壁发生该屈服线模式的塑性极限承载力的计算方法。对不同参数的T形件-钢管节点钢管壁平面外受拉承载力进行了有限元分析,钢管柱壁塑性极限承载力的计算结果与有限元分析结果基本吻合。

木结构GFRP填板单销连接顺纹承压承载力试验研究

钢填板螺栓连接是一种常用的木结构连接形式,但该连接五金件在某些环境下易腐蚀,影响连接承载力和耐久性,且易形成局部热桥,降低热工性能。提出用GFRP板和销替代钢填板和螺栓,形成防腐、隔热的木结构连接,提升其耐久性。针对这类连接,开展GFRP销弯曲试验、GFRP销槽顺纹承压强度试验以及GFRP填板单销连接顺纹承压承载力试验。结果表明:与Q235钢销相比,相同直径的GFRP销屈服弯矩和抗弯刚度均稍低于钢销的;GFRP销槽顺纹承压强度与钢销槽顺纹承压强度相同;连接承载力与GFRP销的截面面积正相关;对于销在边部木构件和填板中皆形成塑性铰的屈服模式,侧构件厚度不影响连接承载力;侧构件厚度越小,连接荷载-位移曲线塑性段荷载下降越大;侧构件厚度与GFRP销直径的比值越小,侧构件对于GFRP销的约束作用越小,荷载-位移曲线塑性段的下降趋势越明显。基于GFRP填板单销连接销槽变形和应力分布特点,提出了销槽应力线弹性分布假设,推导了GFRP填板单销连接承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

木结构螺栓连接试验研究及承载力设计值确定

现行木结构设计规范只规定了相同强度等级木构件螺栓连接承载力的计算方法,不能满足工程实践中连接不同强度等级木构件的需要。采用东北落叶松和樟子松木材,分别进行了销槽承压试验和螺栓连接性能试验。试验验证了欧洲销连接屈服模式,并证明了在我国规范中螺栓连接设计考虑圆钢销塑性不充分发展的假定更符合实际情况。提出了销槽承压有效长度系数及螺栓连接承载力建议计算式,并引入了钢材的弹塑性强化系数,以体现钢材特性对承载力的影响。在保持与现行木结构设计规范可靠度一致的条件下,对螺栓连接的承载力设计值进行了校准,得到了对应于各种屈服模式的抗力分项系数。所提出的螺栓连接承载力建议计算式能用以计算不同强度等级木构件螺栓连接的承载力,且与现行规范的计算结果基本一致。

框架-核心筒结构连梁抗弯刚度折减系数取值方法研究

对于框架-核心筒结构,连梁抗弯刚度折减系数取值的大小会影响结构的抗侧刚度与地震响应,从而影响到地震作用在核心筒与框架之间的分配比例,最终将影响连梁的设计内力和配筋。首先改进了预设屈服模式设计方法,在一次设计后,通过设防烈度作用下的弹塑性分析,计算各连梁的实际抗弯刚度折减系数,并利用该系数对结构进行二次设计。通过对比罕遇地震下结构弹塑性性能,发现二次设计后,结构的最大基底剪力和最大层间位移角均有所减小,且剪力墙的损伤程度得到改善,而二次设计对结构的配筋量无显著影响。其次,探究连梁抗弯刚度折减系数初始值对设计结果的影响。计算表明,当连梁抗弯刚度折减系数初始值分别为0. 7、0. 6和0. 5时,经过设防烈度地震作用下的弹塑性分析,各连梁抗弯刚度折减系数的计算值相差较小,二次设计后的配筋量亦较为接近,说明该设计方法受连梁抗弯刚度折减系数初始值的影响较小。最后,研究了改进的预设屈服模式设计方法的迭代收敛性,结果表明,连梁抗弯刚度折减系数的计算值随着迭代设计次数的增加而逐渐收敛于一系列稳定的值,并且该值与连梁抗弯刚度折减系数的初始值无关。通过计算发现,迭代设计的收敛性较快,一般进行两次迭代即可使连梁抗弯刚度折减系数的取值趋于稳定。

基于弹性地基梁法的钢填板胶合木销钉连接承载力计算分析

在木结构工程中钢填板销连接节点是常见的节点连接形式,为便于木结构的设计分别进行了销槽承压试验和钢填板销连接承载力试验,提出了基于弹性地基梁计算方法的钢填板销连接承载力计算式。试验和计算结果表明:荷载作用下钢填板销连接节点有三种屈服模式,与GB 50005—2017《木结构设计标准》中的屈服模式相吻合,并且屈服模式可通过计算预估;运用所提出的钢填板销连接承载力计算式所得出的计算结果与试验结果基本吻合。

复杂高层建筑结构抗震设计方法研究现状与展望

近些年出现了一大批复杂高层建筑,其在地震作用下受力更为复杂,更容易发生薄弱层破坏。目前我国规范的设计主要是针对规则结构,对于不规则复杂结构主要通过限制其不规则程度来进行控制。本文结合复杂高层建筑结构震害,分析了复杂高层建筑结构破坏机制,重点探讨了当前高层建筑结构基于性能化抗震设计方法存在的问题,给出了针对复杂高层建筑结构抗震设计方法的相关建议。

高层建筑结构抗震设计方法及结构体系创新

在推广应用高强材料和新型装配式结构的过程中,经常面临材料强度与延性难以统一协调的问题。本文从复杂高层建筑结构的抗震设计出发,提出了预设屈服模式的性能化设计方法,可以统一考虑结构构件的强度与延性。在此抗震设计方法的基础上,提出了高强高性能混凝土高层建筑结构体系,提出了高性能装配式高层建筑结构体系,可充分发挥高强材料的强度和耗能构件的延性,具有更好的抗震性能。在当前我国高层建筑持续快速发展的环境下,研究成果具有广阔的应用前景。