基于等效拉杆模型的薄钢板剪力墙结构滞回性能分析

为了系统研究多层薄钢板剪力墙(SPSW)结构的抗震性能,利用经试验验证的双向等效拉杆模型分析了在低周往复荷载作用下内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢梁刚度、钢柱刚度、柱中轴力等参数对SPSW结构滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力的影响。结果表明:等效拉杆模型可以较好地模拟薄钢板剪力墙结构的滞回性能,内填钢板高厚比、内填钢板强度、钢柱刚度对SPSW结构的抗震性能影响较大,钢梁刚度及柱中轴力对SPSW结构的抗震性能影响较小,但柱中轴力较大时,会导致结构过早失效。

均布荷载下深梁设计的压杆-拉杆模型

为使钢筋混凝土深梁的设计建立于合理的理论基础之上,研究了基于压杆-拉杆模型的深梁设计方法。通过将均布荷载下的钢筋混凝土深梁简化为多个具有同一拉杆的简单桁架,建立了均布荷载下深梁的压杆-拉杆模型,推导出了拉杆拉力、压杆压应力的计算公式,并用一个实例验证了该方法。研究结果表明:在该模型中,与拉杆夹角为26.5°的斜压杆控制混凝土的强度,与拉杆夹角为90°的斜压杆控制限制裂缝的最小配筋量。

基于等效拉杆模型的钢板剪力墙有限元分析

基于等效拉杆模型和相关文献的钢板剪力墙试验数据分析了拉杆根数对钢板剪力墙有限元数值模拟结果精度的影响,建议每块剪力墙板用10根拉杆进行等效。分别采用均布和倒三角侧向荷载作用模式进行Pushover分析研究了4层3跨钢框架-钢板剪力墙体系剪力墙板宽厚比的变化对结构水平极限承载力及剪力墙承担的承载力比例的影响,获得了一些有价值的结论。

压杆-拉杆模型在混凝土结构设计中的应用

介绍了利用压杆 -拉杆模型进行混凝土结构设计的方法 ,阐述了模型的选择 ,压杆、拉杆及节点区内力的计算和应力限值 。

利用压杆-拉杆模型进行结构混凝土的评估和加固

介绍了利用压杆 -拉杆模型对现有结构混凝土承载力的评估及加固方法 ,运用实例论述了压杆

结构混凝土通向协调设计的压杆-拉杆模型

提出了对所有结构类型和其所有部件都采用统一的、协调一致的设计概念 ,以改变过去对结构的某些部分的设计过于精细 ,而对另一些部门则凭经验办事的不合理现象。这种协调一致的概念是以切合实际的物理模型为依据的。压杆 -拉杆模型是熟知的桁架相似法的扩充和推广 ,它适用于钢筋混凝土和预应力混凝土的各种结构和结构的各部分 ,包括应变为线性分布及非线性分布部分、几何连续及不连续部分。介绍了压杆 -拉杆模型设计的原理和方法及其应用实例。

2个移动荷载下深梁设计的压杆-拉杆模型

为使深梁的设计建立于合理的理论基础之上,采用压杆-拉杆模型的设计方法对2个间距一定的移动荷载下的钢筋混凝土深梁进行设计。建立了2个移动荷载下深梁拓扑结构变化的压杆-拉杆模型,给出了拉杆拉力、压杆压应力的计算公式,并用一个实例验证了该方法的合理性。结果表明:当荷载移动到深梁接近跨中的某一位置时,拉杆承受的拉力最大,应以此确定需要的纵向受拉钢筋面积;当荷载移动到深梁接近于支座时,混凝土压杆的压应力最大,应通过压应力得出深梁的截面尺寸及混凝土的抗压强度。

集中荷载作用下简支深梁的压拉杆模型研究

介绍了在集中荷载作用下,反映深梁基本传力路径的四种压拉杆模型,提出了物理意义明确、传力路径清晰的组合压拉杆模型,并计算了集中荷载作用下无腹筋深梁混凝土压杆强度,提出了混凝土压杆修正系数Cc,反映了混凝土对深梁抗剪的贡献。

基于压杆-拉杆模型的次梁-主梁节点设计——混凝土规范9.2.11条附加钢筋设计再思考

现行《混凝土结构设计规范》对梁附加横向钢筋设计有明确规定。压杆-拉杆模型能很好地解释次梁-主梁节点设计的实质。通过模型分析提出次梁-主梁节点附加钢筋设计的建议。

采用压-拉杆模型计算型钢混凝土深梁承载力

基于ACI规范压-拉杆模型设计方法,建立了型钢混凝土(SRC)深梁的压-拉杆模型。根据收集到的25个深梁试验数据,分别采用我国规范关于SRC深梁的承载力计算方法和本文提出的压-拉杆模型,对其承载力和破坏模式进行预测,并与试验结果进行对比。结果表明,我国规范关于SRC深梁的承载力计算结果误差较大,论文提出的压-拉杆模型能较好地计算SRC深梁的承载力。

薄钢板剪力墙等效拉杆模型研究

首先,对薄钢板剪力墙简化分析模型进行研究,采用通用有限元软件Abaqus建立薄钢板剪力墙Shell单元模型以及采用SAP2000建立等效拉杆简化分析模型,对比两种模型在静力荷载下的力学性能,从而得到等效拉杆模型杆元根数的合理范围。其次,修正了薄钢板剪力墙简化分析模型中杆元面积计算公式,更好地模拟薄钢板剪力墙的初始抗侧刚度。最后,对比等效双向拉杆模型与Shell单元模型两种模型的滞回性能,结果表明:采用SAP2000建立的等效双向拉杆简化分析模型能够较好地模拟出薄钢板剪力墙的滞回性能。

基于非完全拉力场理论的钢板剪力墙通用三拉杆模型

钢板剪力墙在受剪屈曲后仍然具有一定的抗压能力,对其刚度和承载力的影响不容忽视。为了计入该作用,同时消除现有钢板剪力墙杆系等代模型中所存在的杆单元节点不重合、梁柱小单元多的问题,提出通用三拉杆模型。该模型中仅采用连接于钢板剪力墙边框梁柱中点和端点的3个拉杆代替墙板,拉杆的截面积和材性基于非完全拉力场理论确定,可有效考虑任意厚度墙板屈曲后抗压能力的影响,同时也可解决杆单元节点不重合问题。分析结果表明:该模型可以准确预测钢板剪力墙结构的非线性行为,以精细壳单元模型的计算结果为基准,两种模型的弹性刚度误差不超过5.27%,承载力误差均不超过3.74%,且大多情况不超过2%。滞回性能分析结果表明,该模型可以较为准确地预测钢板剪力墙的滞回性能,对弹性、弹塑性、强化以及破坏阶段模拟效果均较好。此外,基于试验和精细模型框架内力分析的结果,验证了该模型可以得到与精细模型较为一致的内力计算结果,与精细模型的结果相比,边框柱弯矩的误差不大于5%,对边框柱轴力的分析误差稍大,最大误差为17.6%,但结果偏于安全。

钢筋混凝土无腹筋简支和连续深梁压杆-拉杆模型的评价与改进

压杆-拉杆模型(strut-and-tiemodel,STM)被广泛应用于钢筋混凝土深梁受剪承载力计算中。基于可靠的钢筋混凝土无腹筋简支和连续深梁剪切试验数据库,对ACI318-14、EC2和CSAA23.3-04的STM进行了评价,结果表明:ACI318-14与EC2中的STM不能准确反映剪跨比对深梁受剪承载力的影响,而CSAA23.3-04中的STM在计算连续深梁受剪承载力时偏于不安全。因此,依据试验数据库,提出考虑剪跨比和混凝土强度影响的压杆有效系数,用于无腹筋或者腹筋配筋量不满足最小配筋率要求的压杆有效强度的计算。在此基础上,建立了改进的深梁STM,通过与试验数据及其他规范的比较,认为所提模型的适用范围广(剪跨比不大于2.5),预测深梁的受剪承载力能同时保持较低的变异系数(0.29)和较高的安全余度(不安全预测值的占比为5.4%)。

钢筋混凝土简支深梁压杆-拉杆模型试验对比分析

深受弯构件的拉压杆模型已经得到了广泛的认可。为研究混凝土深梁设计中采用的压杆-拉杆模型,进行了简支深梁集中荷载下的模型静载试验。试验设计依据为《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中深梁的相关规定及美国《混凝土结构建筑规范》(ACI318M-05)中压杆-拉杆模型设计的相关规定,试验参数为剪跨比、配筋方式等。试验结果表明,深梁混凝土抗压强度软化系数β与剪跨比和分布钢筋配筋率有关;水平分布筋对于承载力的贡献大于竖向分布钢筋。根据试验结果比较,中国规范对于小剪跨比(λ≤1)深梁的设计有较大的安全储备,美国规范深梁设计中所采用的压杆-拉杆模型较为经济合理。

任意厚度非加劲钢板剪力墙与防屈曲钢板剪力墙的通用拉杆模型

钢板剪力墙在墙板屈曲后仍具有一定的抗压能力,板厚越大,抗压能力越强,对结构整体性能的影响也越大,现有的简化模型尚不能很好地考虑该效应。为此,首先分析了计入压应力的钢板墙的受力状态,进而推导了考虑墙板抗压能力的钢板剪力墙的刚度、承载力和屈服位移的计算式,并据此提出了一种通用拉杆模型。该模型仅通过调整经典多拉杆模型中拉杆的截面积以及屈服强度便可有效考虑墙板抗压能力的影响,应用简便。分析表明,所提出的通用拉杆模型具有与壳单元模型相似的精度,广泛适用于各种几何条件下的非加劲钢板剪力墙以及防屈曲钢板剪力墙的弹塑性分析。此外,目前对钢板剪力墙薄厚程度的划分尚缺乏定量依据,文中根据墙板抗压作用大小的不同,将钢板剪力墙划分为薄、中厚、厚三类,并给出了统一的刚度、承载力和屈服位移计算式,可供工程设计参考。

优化方法建立钢筋混凝土梁压杆-拉杆模型

压杆-拉杆模型是复杂钢筋混凝土结构设计的标准方法之一,但很少扩展到浅梁的设计。钢筋混凝土梁压杆-拉杆模型的建立方法很多,但由这些方法得到的压杆-拉杆模型是否能反映结构最本质的受力状况尚无定论。该文采用寻优能力强的拓扑优化算法——遗传演化结构优化算法(GESO)来构造钢筋混凝土梁的压杆-拉杆模型,同时为了确保所得结果的最优性,采用经典的Michell准则和试验方法判断和解释GESO算法的计算结果。该文以跨高比从7变化到1的简支梁和两跨连续深受弯构件为例证明了采用GESO算法能构造满足Michell准则的钢筋混凝土梁压杆-拉杆模型,由该文总结出的钢筋混凝土梁的压杆-拉杆模型的规律有助于设计类似构件。

开孔深梁压杆-拉杆模型构造

深梁是受力较为复杂的构件,特别是开孔深梁的传力机制还有待进一步研究。采用优化的方法构造深梁的压杆-拉杆模型是近年来研究的新思路,该文选择寻优能力较强的拓扑优化方法——遗传演化结构优化算法,建立能反映开孔深梁真实传力机理的压杆-拉杆模型,以一个对称开洞的简支梁为例,计算了孔洞的大小不同、位置不同时的压杆-拉杆模型,并与经典的优化设计准则Michell准则比较来验证压杆-拉杆模型的合理性。另外,以一个偏洞口深梁为例,讨论不同荷载作用下开孔深梁的压杆-拉杆模型,该文的研究证明遗传演化算法可方便地构造开孔深梁的压杆-拉杆模型,其所建立的模型能为工程设计提供有益的参考。

拓扑优化拉杆-压杆模型在索塔锚固区的应用

为改善传统索塔锚固区拉杆-压杆模型的精度,采用密度法对传统模型进行拓扑优化。将连续介质离散为若干有空穴的单元,设定拓扑优化方向(体积减小率)进行迭代,得到相对密度趋近于1的单元,即找到最有效的荷载传递单元和路径,从而获得精确的拉杆、压杆面积和角度。将该方法应用于索塔锚固区强度校核中,以迫龙沟特大桥为例进行说明。采用通用软件ABAQUS建立该桥上塔柱索塔锚固区节段模型,通过拓扑优化获得节段有效传力区域退化模型,求解模型中拉杆、压杆及节点强度,并采用AASHTO规范校核,结果表明杆件及节点强度均满足要求。

撑杆-拉杆模型在厚桩承台中的应用

对国外规范ACI 318-11,AASHTO LRFD 2012和FIP 1999中关于撑杆-拉杆模型的规定进行了比较,吸收了国外规范的合理建议,推荐了一个更为合理的撑杆-拉杆模型。收集了165个深梁和121个四桩承台试验数据,对所有试验数据均按不同规范的建议方法、推荐的模型方法进行试验承载力和理论承载力的比较。比较表明,推荐的撑杆-拉杆模型方法的计算结果具有更为合适的安全储备和较小的变异系数。通过两个设计实例,验证了推荐的撑杆-拉杆模型方法是简单可操作的,且结果是合理的。

板与柱半刚接-防屈曲钢板墙简化计算模型分析

为了减弱板对边柱造成的拉力,提出板与柱半刚性连接结构。基于组合钢板墙简化模型,建立板与柱半刚接防屈曲钢板墙弱拉杆简化计算模型,研究其受力性能。通过理论与数值方法对板与柱刚接、半刚接两种防屈曲钢板墙的受力性能进行对比分析,同时考虑边柱刚度系数对结构承载力的影响。结果显示:当高宽比为0.5时,刚接板比半刚接板的极限承载力高约2%;当高宽比为1.0时,半刚接板却比刚接的极限承载力提高约3%。当边柱先于整体破坏时,板与柱半刚性连接不仅可以改善结构的延性并且可以提高结构的承载力。该项研究为防屈曲钢板墙的发展提供一种新的结构形式与相应的简化计算模型。