不同剪跨比下低矮开洞剪力墙抗震性能试验

核电厂房的剪力墙具有剪跨比低和配筋率高的特点,为满足人员通行以及设备管道的布置,需要在剪力墙中开设洞口,然而,关于低矮开洞剪力墙抗震性能的研究比较有限。为此,设计3个1∶2.7的大比例尺低矮钢筋混凝土剪力墙试件,通过拟静力试验研究剪跨比对此类剪力墙抗震性能的影响。研究内容包括试件的破坏模式、滞回曲线、延性系数、刚度退化、耗能能力和变形能力等方面的分析和讨论。结果表明:低矮开洞剪力墙的破坏主要是由墙肢的斜向主裂缝宽度明显增大引起,导致承载力快速下降;剪跨比的减少使得低矮剪力墙的承载力、刚度和单圈耗能效果增加,但变形能力和极限位移显著降低,从而导致累计耗能较小;剪跨比较小的试件容易在洞口上方产生塑性铰,随后连梁的转动会导致洞口附近的混凝土压碎,且剪切效应较显著。此外,小洞口的存在会产生严重的不对称性,影响其抗震性能。

钢筋混凝土开洞梁力学性能研究现状与进展

总结了国内外钢筋混凝土开洞梁的受力机理、受力性能、洞口补强加固方式、承载能力计算等研究现状。现有研究结果表明:洞口上、下弦杆可看作是偏心受压和偏心受拉状态;当洞口尺寸较小时,钢筋混凝土开洞梁可看作带有斜压腹杆的桁架模型,当洞口尺寸较大时,洞口部分为无斜压腹杆的平行弦杆以及无洞口部分的带有斜压腹杆的桁架模型;钢筋混凝土开洞梁主要有孔侧破坏和孔间破坏两种破坏模式;钢筋混凝土开洞梁的结构响应主要取决于荷载路径的中断程度;随着洞口高度和宽度的增加,钢筋混凝土开洞梁的承载力会降低,但若设计合理,不会形成薄弱区;普通钢筋、纤维布和纤维板都可用于洞口区域的加固,相应的抗剪承载力计算也较为完善。

腹板开洞型抗剪连接件力学性能有限元分析

为了提高全装配式混凝土梁柱-钢支撑的受剪性能,提出一种腹板开洞型抗剪连接件。以腹板截面分配方式为参数,设计2个试件进行往复加载试验,研究其力学性能。采用ABAQUS软件进行有限元分析校正,并设计16个分别考虑混凝土强度、腹板宽度高度和2组腹板组合形式影响的有限元模型进行模拟分析,进而探究各参数对抗剪连接件受剪性能的影响。结果表明:两试件破坏形态基本一致,首先混凝土梁侧面产生斜向裂缝,并向梁正面发展,随后抗剪腹板处出现裂缝,最终在多次循环往复加载下,混凝土被压溃。两滞回曲线走势基本相同,主要包括弹性、弹塑性和破坏3个阶段。提高混凝土强度能有效提高连接件剪切承载能力;腹板截面面积一定时,截面尺寸为15 mm×32 mm的连接件极限承载能力最大;同时改变2组腹板尺寸,截面组合尺寸为18 mm×40 mm和6 mm×40 mm的组合形式抗剪性最好。

负弯矩区钢-混凝土组合梁腹板开洞处钢筋受力性能研究

为了解负弯矩区腹板开洞钢-混凝土组合梁的内部受力钢筋的力学性能,对多个腹板开洞组合梁试件进行了试验研究和有限元分析,研究重点是洞口区域混凝土板内的钢筋受力特点和规律.试验及分析结果表明:负弯矩作用下,腹板开洞组合梁的破坏发生在洞口区,而不是弯矩最大处,洞口区混凝土板裂缝开展迅速并最终断裂,洞口处发生了明显的空腹破坏,洞口四角出现了次弯矩;在次弯矩作用下,洞口区混凝土板内的受力钢筋一部分受压,一部分受拉,钢筋的抗拉作用并没有充分发挥,其中洞口左端的上层钢筋受拉最为明显,抗拉作用较好;在合适的位置添加附加钢筋可以限制洞口上方混凝土板的裂缝开展,能够有效的提高试件的承载力和变形能力,其中在距离中心轴65 mm处添加直径为8 mm的附加钢筋时,试件的承载力和变形能力的提高效果最好.

楼板大开洞的两层中控室抗爆性能分析

为研究楼板大开洞的两层中控室在爆炸荷载作用下抗爆性能,以某石化项目楼板大开洞的2层中控室为案例,进行了有限元动力弹塑性计算。通过对楼板大开洞和无开洞两个不同工况模型的抗爆前墙位移响应及变形指标计算结果进行对比,并分析抗爆前墙位移云图的发展规律,总结了大开洞楼板对抗爆前墙的支座效果;分析了大开洞楼板的混凝土受压损伤扩展过程;基于2层抗爆控制室的结构模型及传力路径,对抗爆前墙位移发展规律及大开洞楼板混凝土受压损伤扩展过程的机理进行了研究。结果表明:大开洞楼板对抗爆前墙的支座效果不理想,抗爆前墙的最大位移出现在通高跨中,且位移远大于楼板未开洞的对应结果;前墙楼板两端混凝土损伤明显,最大应变超过了极限压应变,发生了塑性破坏;前墙楼板范围内的框架会抵抗更多爆炸荷载,框架形成更大的损伤,不利于中控室的防倒塌设计。

地下室顶板开洞对高层建筑嵌固效应的影响分析

建筑工程的嵌固端选择直接影响结构的安全、经济等评价指标,规范要求地下室顶板作为上部结构的嵌固端时应避免开设大洞口。实际工程中,由于建筑功能的要求,地下室顶板开洞不可避免。以上海某高层建筑为例,从地下室顶板应力和位移两方面分析开洞对嵌固效应的影响。同时对比分析地下室顶板开洞和不开洞两种情况下的结构振动特性和顶点位移,并对两种模型进行静力弹塑性分析,对比塑性铰的位置、数量和损伤程度,查看是否满足强度嵌固的要求。结果表明:本工程中,地下室顶板开洞后仍能满足其对上部结构的嵌固要求。

网架开洞增设支撑改造加固设计典型案例分析

根据改造工艺要求,新建带式输送机栈桥斜向穿过现有煤棚网架,为满足工艺所需,确保安全对既有网架进行加固。总结了网架开洞加固设计的方法,以及现场开洞施工中注意的问题,希望对同类工程提供参考价值。

预应力腹板开洞钢-木组合梁抗弯性能研究

【目的】为了研究体外预应力腹板开洞钢-木组合梁在四点弯曲静载作用下的变形和受力性能。【方法】通过有限元软件ABAQUS建立三维实体模型,研究预应力钢绞线布置形式和洞口形状等参数对组合梁刚度、变形和承载能力的影响规律和程度。【结果】结果表明:设置预应力钢绞线可以显著提高组合梁的刚度和承载力,使折线型的初始刚度和屈服承载力分别增强41%和25%,直线型效果次之;未设置预应力的组合梁跨中洞口处容易发生应力集中和较大变形;洞口形状影响洞口区域应力重分布情况,长方形洞口底部两侧容易出现塑性铰,正方形洞口这种现象得到部分改善,圆形洞口底端钝角容易发生应力集中和变形。【结论】选择合适的预应力钢绞线布置形式和洞口形状可以显著提高腹板开洞对钢-木组合梁刚度和承载力,减少变形程度。

顶板大开洞深层地下结构抗震性能分析

为了解决顶板大开洞的深层地下结构在楼层平面构件不连续情况下的抗震性能及薄弱环节的问题,本文介绍地下八层顶板大开洞深层结构,采用一维等效线性地震反应分析软件EERA及有限元软件MIDAS gen,分析了该结构在地震作用下的结构变形、结构承载力、薄弱环节,提出了地下结构在地震作用下的变形模式,得出了以下结论:顶板大开洞但结构布置规则、对称、质量及刚度均匀分布,且下部采用箱涵结构的深层结构,结构受力及传力体系明确,整体抗震性能较好,地下1~2层为框架结构,抗侧刚度显著弱于箱涵结构,变形较大,需增强框架柱延性,顶板大开洞结构边梁是结构薄弱环节,在地震作用下内力显著增大,结构设计中应采取加强措施以保证结构安全。

绿色纤维混凝土带翼缘开洞剪力墙抗震性能研究分析

为了提升带翼缘开洞剪力墙抗震性能,采用模型模拟法对绿色纤维混凝土带翼缘开洞剪力墙抗震性能进行了研究,利用ABAQUS有限元软件对带翼缘开洞剪力墙展开模拟,获取了受压损伤分布图、加载模型图、试件骨架曲线图等,借助图表对数值展开对比分析,明确不同试件的承载力变化、变形能力变化和刚度变化,发现回收钢纤维可以有效提升带翼缘开洞剪力墙的性能。

玄武岩纤维复合门抗爆性能开洞影响研究

纤维增强复合材料(FRP)因其轻质、高强、耐腐蚀、绿色环保等优点在工程领域受到广泛关注。传统的地铁防护门多为钢材制作而成,玄武岩纤维复合材料(BFRP)因其良好的力学性能,现已逐步应用于地下防护工程。但部分防护门需要满足工程的过滤通风或进气需求,不可避免地要对其门体进行开洞处理。文中基于ABAQUS建立了玄武岩纤维复合门的有限元模型,对爆炸作用下不同开洞纤维复合门变形及受力进行了数值模拟,考虑了开洞率及开洞位置的影响,对玄武岩纤维复合门的抗爆性能进行了对比分析。研究发现开洞率对纤维复合门性能有着一定影响,开洞位置对纤维复合门性能有着极大影响。对玄武岩纤维复合门开洞设计给出了工程建议。

纵墙开洞的砌体结构抗震性能多因素分析

多次震害资料表明大量砌体结构房屋在地震中严重损坏,而其中多数是由于开洞纵墙的抗震性能不足所引起的。为掌握影响开洞纵墙抗震性能的各类因素,在模型及参数合理性验证的基础上,基于ABAQUS软件建立了17片墙片模型与系列考虑不同构造措施与房屋高度的整体结构模型,获得了开洞率、开洞方式、构造柱、水平系梁和窗边柱等参数对墙体抗震性能的影响,给出了构造柱的最佳配筋率、讨论了不同构造情况下多层砌体结构的适用烈度和高度。结果表明:中部构造柱对墙片的位移延性影响较大;墙体开洞会明显削弱墙片的变形能力和耗能能力,但洞口边缘的混凝土水平系梁和窗边柱能提高墙片的变形能力和延性;组合适当的构造措施,能提高砌体结构的使用范围。最终为纵墙开洞的砌体结构抗震性能设计和控制给出了措施和建议。

四边连接开洞屈曲约束钢板墙简化分析模型

为简化四边连接开洞屈曲约束钢板墙结构的建模、分析和设计,提出采用等效多斜杆模型作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型。确定了合理的杆件数量、位置和斜杆截面面积分配比例。基于刚度和承载力等效原则给出了斜杆截面面积和等效材料强度的计算公式。利用有限元方法对四边连接开洞屈曲约束钢板墙和等效多斜杆模型进行了分析对比,验证了等效多斜杆模型的准确性。结果表明:提出的等效多斜杆模型不仅能够准确模拟四边连接开洞屈曲约束钢板墙的受力过程,还能较好地模拟开洞屈曲约束钢板墙对边缘构件的传力,结构的初始刚度、屈服承载力、荷载-位移曲线和边缘构件的内力大小与分布均符合较好,可以作为四边连接开洞屈曲约束钢板墙的等代模型进行结构分析与设计。

CAARC高层建筑标准模型瞬态开洞风压特性试验研究

为了研究玻璃幕墙在强风作用下破坏机理,通过刚性模型风洞测压试验,研究了B类地貌,典型风向角下,4%开洞率的CAARC模型在不同开洞位置时,洞口位置测点的风压系数功率谱特性、内外风压系数时程以及脉动风压系数的相关性。结果表明:开洞瞬间,洞口腔体内部测点的风压系数时程会产生显著突变;迎风面上测点的风压系数功率谱在开洞瞬间和开洞后折减频率0.7Hz附近出现峰值;腔体内部测点和迎风面测点的风压系数相关性较高,侧风面和背风面测点的风压系数相关性相对较小。研究的模型瞬态开洞的风压特性可以更好地理解高层建筑在极端风载荷下的风致反应特性,同时也可以为结构的抗风设计提供参考。

通高开洞加劲薄钢板剪力墙抗震性能研究

对2个矩形钢管混凝土框架-通高开洞加劲薄钢板剪力墙足尺试件和1个非开洞墙试件进行了低周往复水平荷载试验。试件设计考虑了边框柱承受轴压力、有无开洞及洞口位置的影响。研究得到了各试件的水平荷载-顶点位移滞回曲线和骨架曲线,在此基础上对试件的破坏模式、承载力、延性、耗能能力、刚度退化、强度退化等性能指标进行了分析。结果表明,在边框柱承受竖向压力的情况下,试件极限位移角达到1/51~1/29,试件具有良好的延性变形能力。与非开洞墙的斜拉带破坏方式有所不同,开洞墙的破坏始于洞口边缘加劲肋的破坏,边侧开洞试件保有一定的抗剪破坏特征,破坏形态属于弯剪破坏模式,中间开洞试件的破坏形态属于弯曲破坏模式。当洞口尺寸相同时,边侧开洞试件的性能要优于中间开洞试件。推覆分析结果表明,当边框柱的设计轴压比不大于0.7时,试件的塑性变形能力较好。最后建议洞口边缘加劲肋除了满足现行规范给出的刚度要求外,应按竖向受力构件进行承载力验算。对通高开洞钢板剪力墙按壳元建模,此时可仅验算墙体抗剪承载力,同时应对墙体周边竖向构件的轴力乘以1.10~1.15的放大系数。

新型柔性连接开洞填充墙RC框架结构平面外抗震性能

砌体填充墙钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构在强地震作用下容易损伤破坏,我国规范建议填充墙与框架之间采用彼此脱开或柔性连接做法,但这也增加了填充墙平面外倒塌的风险。基于此对一种新型柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构进行了平面外的拟静力试验研究,分析了其失效过程、受力特征和破坏模式。结果表明:砌体填充墙RC框架结构平面外承载能力主要依靠于拱承载机制,槽钢轨道可以有效提高框架对填充墙两侧的约束作用,防止填充墙与框架之间的相对滑动,有利于水平拱承载机制的形成。对比普通柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构,采用新型柔性连接的开洞砌体填充墙RC框架结构,平面外的峰值承载力和峰值承载力处割线刚度分别提高了44.14%和9.70%;新型柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构在峰值承载力状态下和极限承载力状态下,其罕遇地震作用加速度相比于普通柔性连接开洞砌体填充墙RC框架结构分别提高了81.03%和77.36%。因此,采用新型柔性连接构造可有效提高开洞砌体填充墙RC框架结构的承载能力,改善开洞砌体填充墙RC框架结构平面外的稳定性,从而提高开洞砌体填充墙RC框架结构平面外的抗震性能。

洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁的受力性能影响分析

通过研究洞口形状对腹板开洞钢-混凝土组合梁受力的影响,选择合适的洞口形状以降低开洞造成的不利影响;在已有试验基础上,利用ANSYS对洞口设置在弯剪区段且洞口形状不同的组合梁进行力学性能分析,研究了洞口形状对承载力、变形能力以及内力重分布和传力机制的影响。结果表明:钢-混凝土组合梁腹板开洞会导致刚度、极限承载力下降;非正方形洞口组合梁因洞口形状不同,极限变形有不同程度增强;洞口形状会影响洞口处混凝土、钢梁承担的剪力比例,混凝土占总剪力的46%~59%,而钢梁占总剪力的41%~54%;极限变形与洞口处塑性铰的面积大小有关;栓钉会对周围的混凝土产生一定预压力,对混凝土应力重分布有影响,洞口处混凝土的剪力有明显的剪力差,洞口下方钢梁所承受的剪力大于洞口上方钢梁;洞口形状会影响组合梁内部传力机制,长方形、正方形洞口试件在洞口区域以次弯矩传递力,非长方形、正方形洞口试件在洞口区域以主弯矩传递力;在结构设计时应该考虑洞口位置的偏心、主应力方向与洞口边缘的夹角。

既有地铁车站侧墙开洞改造设计方案

地铁车站换乘改造时,需要确保既有运营车站的结构安全和运营安全。以合肥轨道交通1号线云谷路站侧墙改造为例,提出了一种一次性凿除单个开洞的侧墙改造方案,并采用三维有限元软件计算分析了各工况下既有车站的内力重分布及变形情况。验算结果表明,所提出的改造方案可满足既有车站结构安全要求。

三维应力状态超宽隧道结构开洞力学行为研究

城市明挖隧道采用框架式结构,隧道应城市功能需求,需在边墙侧开设预留洞口,如泵房、设备区、逃生通道口等,这些预留洞口的存在势必对隧道结构自身的应力状态产生影响。本文以石家庄白佛双十超宽隧道为例,在土压、水压以及周边环境所形成的三维应力状态条件下,选取两种不同开洞位置作为研究对象,在洞口尺寸条件一定的情况下,对隧道侧墙结构受力特性的改变做了分析研究,得出不同结构开洞环境下隧道的受力状态及变化情况,并在竖向和水平两种不同变化条件下得出结构的较大和较小应力集中区域,从而在设计和施工针对应力集中或荷载较大位置进行精细化处理,以保证结构的使用年限和使用功能。

顶部方形开洞对超高层建筑风荷载影响的大涡模拟研究

顶部开洞是一种有效的超高层建筑气动优化措施,开洞形式和洞口位置对建筑整体风荷载的影响机理还有待进一步研究。采用基于空间平均的大涡模拟方法,考虑来流与洞口方向一致,研究了顶部无开洞(标准方柱)、敞开式和封闭式方形开洞,对湍流边界层风场内方形截面超高层建筑风荷载的影响。将封闭式方形开洞模型风压系数的大涡模拟与风洞试验结果对比,验证了该数值模拟方法及参数设置的正确性;对比分析了上述无、有顶部开洞及开洞形式的方柱表面平均和脉动风压分布特征,着重从流场角度分析了洞口形式对风荷载的影响机理。结果表明:顶部开洞影响了流动分离点位置、剪切流扩散角度及流动再附现象,洞口的狭管效应使得该处风速急剧增大,其中封闭式开洞更为显著,洞口内加速的气流扰乱了大尺度的涡流,导致涡的能量更加分散,从而减弱了结构表面风压;在顶部洞口边缘处,因流动分离而出现了较大风压值,其中敞开式洞口的背风面存在较为明显的边缘效应;封闭式开洞对减弱洞口局部风压的效果优于敞开式。